Dissertationen zum Thema „Jauges de contrainte – Simulation par ordinateur“

Basée sur l'exploitation des propriétés optiques des nanoparticules métalliques en combinaison avec des matériaux flexibles, la plasmomécanique a émergé récemment comme un sous-domaine de la nano-optomécanique. Les systèmes plasmomécaniques permettant de mesurer les contraintes mécaniques appliquées aux substrats flexibles à partir de la réponse plasmonique des nanostructures ont attiré beaucoup d'attention dans le domaine de la recherche scientifique en raison de leurs potentielles applications, notamment dans les détecteurs de contraintes.La compréhension de la réponse mécanique microscopique à une déformation macroscopique est un fondement de la plasmomécanique, essentiel pour comprendre la réponse optique des nanostructures et son évolution. Le premier objectif de cette thèse est de comprendre, par des outils de simulation numérique, les réponses mécanique et plasmonique, et plus précisément comment les distances interparticules évoluent à l'échelle nanométrique lorsqu'une contrainte mécanique macroscopique est imposée et influencent la réponse plasmonique du système. Cela sera étudié à travers des systèmes plasmomécaniques simples composés de nanodimères d'or déposés sur une membrane de PDMS.Un autre défi de ce domaine est la conception de systèmes plasmomécaniques ayant une grande sensibilité aux déformations mécaniques. Cela peut être réalisé par des systèmes plasmoniques supportant des modes de résonance avec des pertes minimales (petite largeur à mi-hauteur). Ainsi, le deuxième objectif de cette thèse est de réaliser des systèmes plasmomécaniques supportant des résonances telles que la résonance de Fano dans un système de bâtonnet-disque et la résonance de surface de réseau dans un réseau 2D d'anneaux d'or, deux résonances connues pour leur profil de résonance fin et étroit
Based on the exploitation of the optical properties of metallic nanoparticles in combination with flexible materials, plasmonomechanics has recently emerged as a subfield of nano-optomechanics. Plasmonomechanical systems, which enable the measurement of mechanical strains applied to flexible substrates through the plasmonic response of nanostructures, have attracted much attention in the scientific research community due to their potential applications, notably in strain detectors.Understanding the microscopic mechanical response to macroscopic deformation is a foundation of plasmonomechanics, essential for comprehending the optical response of nanostructures and its evolution. The first objective of this thesis is to understand, through numerical simulation tools, the mechanical and plasmonic responses, and more precisely, how interparticle distances evolve at the nanometric scale when macroscopic mechanical strain is imposed and influence the plasmonic response of the system. This will be studied through simple plasmonomechanical systems composed of gold nanodimers deposited on a PDMS membrane.Another challenge in this field is the design of plasmonomechanical systems with high sensitivity to mechanical deformations. This can be achieved through plasmonic systems supporting resonance modes with minimal losses (narrow linewidth). Thus, the second objective of this thesis is to realize plasmonomechanical systems supporting resonances such as the Fano resonance in a rod-disk system and the surface lattice resonance in a 2D array of gold nanorings, both known for their sharp and narrow resonance profiles

Dans un contexte d'ouverture à la concurrence et d'émergence des marchés de l'énergie, la production d'électricité est affectée par de nouvelles sources d'aléas : le risque de marché. Nous étudions la possibilité d'introduire des contraintes de risque financier dans le processus d'optimisation de la production de l'électricité. Nous distinguons l'approche "ingénieur" (prise en compte du risque par des mesures de risque) de l'approche "économiste" (prise en compte du risque par des fonctions d'utilité), au Chapitre 1. Ces deux points de vue sont rapprochés dans le Chapitre 2. Une application numérique relativement simple est présentée pour illustrer le lien qui existe entre la Conditional Value-at-Risk et l'aversion aux pertes. Le résultat d'équivalence obtenu dans le Chapitre 2 est étendu à un cadre d'optimisation dynamique dans le Chapitre 3. Une application numérique de cette approche et une programmation dynamique sous contrainte de risque sont faites au Chapitre 4 pour résoudre un problème de gestion de production de l'électricité sous une contrainte de Condition al Value-at-Risk.

Nous avons développé un modèle micromécanique bidimensionnel basé sur la méthode des éléments finis pour simuler la transformation martensitique sous contrainte dans un grain. La transformation avance par la formation successive de plaquettes dans le grain. Elle est gouvernée par un critère thermodynamique qui tient compte des forces motrices chimique et mécanique et de l'énergie résistive (énergie de déformation dans les phases). À l'aide de ce modèle, nous avons étudié l'effet des contraintes internes associées au processus de transformation sur la cinétique de transformation, sur les arrangements structuraux dans le grain et sur la déformation de plasticité de transformation pour différents niveaux de contrainte appliquée. Les résultats de cinétique de transformation montrent que le domaine de température de transformation s'étend lorsque la contrainte appliquée augmente pour un matériau ayant un comportement élastique. Pour un comportement élastoplastique des phases, le même effet est observé pour des niveaux de contrainte appliquée faibles et un effet inverse lorsque la contrainte augmente. Lorsque la transformation se produit sans contrainte appliquée, nous obtenons des arrangements structuraux caractérisés par des plaquettes autoaccommodantes. Sous une contrainte appliquée, un effet d'orientation des plaquettes apparait ; il décroit avec l'avancement de la transformation. Cet effet d'orientation est plus marqué pour un comportement élastoplastique des phases que pour un comportement élastique. L'analyse de la déformation de plasticité de transformation a permis de séparer la contribution de déformation due à l'orientation des plaquettes de celle liée à l'accommodation plastique anisotrope. Finalement, nous montrons que le modèle permet de traduire les principales tendances données par les observations expérimentales pour un alliage à mémoire de forme et pour des alliages ferreux (FeNiC)

Les méthodes basées rayons sont connues pour simuler précisément les phénomènes d'ondes acoustiques, thermiques, radios ou encore optiques. L'efficacité de telles méthodes réside dans leur capacité à déterminer rapidement l'intersection la plus proche entre un rayon et les primitives géométriques composant l'environnement de simulation. Le plus souvent, une structure accélératrice est utilisée pour réduire la complexité algorithmique de la recherche. Ces trente dernières années, de nombreuses structures performantes ont été proposées. Cependant, toutes ont des inconvénients en fonction du type d'application et de la configuration de la scène.Nous proposons d'explorer une voie peu étudiée jusqu'alors, en utilisant une partition de l'espace convexe et contrainte (CCSP) comme structure accélératrice. Ce type de partition se distingue des structures classiques par plusieurs concepts apportant des propriétés uniques et intéressantes. Dans un premier temps, nous proposons une nouvelle structure accélératrice, de type CCSP, spécialement dédiée à la simulation en environnement architectural. Ensuite, nous utilisons ces résultats pour généraliser l'approche à des scènes quelconques. Nous nous concentrons notamment sur l'utilisation d'une tétraédrisation de Delaunay contrainte comme structure accélératrice et proposons un nouvel algorithme de parcours
Ray-based methods are known to simulate accurately acoustic, thermic, radios or optic wave propagation phenomena. The efficiency of such a method lies in its capacity to quickly determine the closest intersection between a ray and the geometric primitives making up the simulation environment. Generally, an acceleration structure is used to reduce the algorithmic complexity of the search. These last thirty years, a lot of efficient structures have been proposed. However, all have drawbacks according to the application kind and the scene configuration. We propose to explore a way slightly studied up to then, using a constrained convex space partition (CCSP) as an acceleration structure. This kind of partition differs from conventional structures by several concepts bringing unique and interesting properties. In a first phase, we propose a new acceleration structure, based on a CCSP, specifically dedicated to simulation in architectural environments. Then, we used these results to generalize the approach to any kind of scene. In particular, we focus on the use of a constrained Delaunay tetrahedralization as an acceleration structure and propose a new traversal algorithm

Ce travail de thèse est consacré à l'étude des phénomènes d'initiation et de propagation d'une fissure dans un matériau bitumineux. À l'aide d'un essai innovant développé au Laboratoire Central des Ponts et Chaussées, on reproduit les conditions d'initiation et de propagation d'une fissure confinée dans un film de bitume. Dans la première partie de ce travail de thèse, on aborde l'approche utilisée pour identifier les propriétés rhéologiques à l'aide du modèle de Maxwell généralisé. La détermination des séries de Prony passe par les méthodes d'optimisation linéaire et non-linéaire pour représenter précisément le module complexe du liant bitumineux dans le domaine fréquentiel. Ce comportement viscoélastique identifié est ensuite validé par l'essai de

Ce travail de thèse a pour objectif la présentation de simulations numériques adaptées à l'étude des premières étapes de la déformation plastique dans les systèmes c. F. C. Dans ce travail, nous nous sommes efforcés d'exposer le plus clairement possible les différences conceptuelles et techniques entre notre modèle et d'autres approches à 3D. Pour cela, dans un premier temps nous présentons les modes de discrétisation coin-vis et coin-vis-mixte (CVM) utilisés dans les approches mésoscopiques de la dynamique des dislocations. Nous soulignons plus particulièrement, les différences qui résultent des calculs de l'énergie propre des lignes de dislocation et des champs de contraintes entre ces deux descriptions. Nous concluons en exposant les critères qui nous ont conduits à adopter une description CVM. Dans un second temps, nous détaillons la dynamique des dislocations et la manière dont nous avons procédé pour calculer les forces agissant sur les segments de dislocations. Dans une seconde partie, nous explicitons les calculs effectués pour valider notre modèle par l'étude d'une source de Frank Read (FR). A cette occasion, nous montrons que notre modèle reproduit la contrainte critique d'activation d'une source de FR, en utilisant une valeur de paramètre de tension de ligne adaptée à notre mode de discrétisation. Dans une nouvelle étape, nous détaillons les études en glissement simple qui nous ont permis de reproduire, la formation de murs dipolaires. Ensuite, nous exposons, les simulations développées pour caractériser la force des jonctions entre dislocations et enfin, nous montrons que la valeur numérique obtenue pour l'angle critique de rupture d'une jonction est en bon accord avec d'autres approches et qu'elle permet de simuler un essai de traction uniaxiale en reproduisant le mécanisme de durcissement par la forêt.

Le problème de frustration magnétique est abordé successivement au niveau expérimental, par simulation numérique puis sur un plan théorique. Les structures magnétiques de quelques fluorures d'éléments de transition 3d sont résolues par diffraction neutronique sur poudre et analysées en terme de frustration magnétique (KCrF4, KMnFeF6, CsCoF4, Ba2Ni3F10). Dans d'autres composés, la présence de frustration n'a pu être confirmée, soit qu'elle soit peu probable (BaMnFeF7), soit que les principaux mécanismes de couplage restent encore à élucider (Cr2F5). Un programme de simulation numérique de structures magnétiques est présente, le programme MCMAG. Base sur une méthode heuristique d'optimisation (la technique de recuit simulé, appliquée à l'algorithme de Metropolis), ce programme versatile permet de déterminer la (une) configuration d'état fondamental d'un système de spins en interaction. Les structures magnétiques simulées de plusieurs fluorures frustres, dont ceux étudiés plus haut, reproduisent parfaitement, à partir d'hypothèses raisonnables de couplages, les configurations déterminées expérimentalement. Pour certains composés, le comportement thermique des structures magnétiques et leur évolution sous l'influence d'un champ magnétique externe ont été reproduits au moins qualitativement. Une méthode de mesure du taux de contrainte dans les structures magnétiques frustrées est présentée. Dans cette approche classique, la fonction de contrainte d'un système magnétique est définie, au signe près, comme le rapport entre l'énergie d'échange du système et son énergie d'échange virtuelle si toutes les interactions y étaient satisfaisaites. Cette grandeur intensive, toujours comprise entre -1 et +1, permet d'établir une échelle de frustration pour les systèmes magnétiques en interaction. Dans ce type de description, la frustration peut avoir deux origines : une origine intrinsèque, lorsque seules les interactions entrent en compétition, ou une origine extrinsèque, lorsque la contrainte est causée par des paramètres externes à l'échange (champ magnétique, anisotropie,. . . ). Les simulations entreprises sur deux familles de systèmes frustrés classiques montrent qu'un taux de contrainte extrinsèque élevé correspond à un comportement fluctuant (entropie non nulle à T = 0). Parallèlement, un rapprochement est tenté entre la valeur (classique) du taux de contrainte dans deux réseaux périodiques frustrés, et l'importance des effets quantiques liés à la frustration dans ces réseaux. Le "taux de frustration" tel que défini à partir de la fonction de contrainte, pourrait être relié à certaines propriétés physiques des systèmes frustrés
The frustration problem is considered successively from the experimental point of view, by numerical simulation, then theoretically. The magnetic structures of a few fluorides of 3d cations ate solved from neutron powder diffraction and analysed in term of magnetic frustration. When spins are isotropic and coupling constants have about the same strength, the magnetic structure is non collinear (KCrF4, KMnFeF6). If spins are very anisotropic, or if coupling constants are rather different, the magnetic structure is collinear, and the weakest interaction is broken (CsCoF4, Ba2Ni3F10). In other compounds, we were not able to confirm frustration : either it is improbable (BaMnFeF7), or the coupling mechanisms are still unknown (Cr2F5). A computer program to simulate magnetic structures is presented : the program MCMAG. Based upon a heuristic method for optimisation (simulated anneaIing, applied to the algorithm of Metropolis), this program is designed to determine the ground-state configurationof a system of spins in interaction. The topology of the magnetic network is given by the user which makes it possible to simulate complex magnetic systems such as those encountered in many frustrated compounds. The magnetic structures of several frustrated fluorides, e. G. Those investigated in the first part of this work, have been successfully simulated from reasonable assumptions on coupling constants. For some compounds, the thermal behaviour of their magnetic structure and their evolution under an applied magnetic field have also been reproduced, at least qualitatively. A method to measure the constraint rate inside frustrated magnetic structures is presented. Within this cIassical approach, the constraint function of a magnetic system in interaction is defined as the opposite of the ratio between the coupling energy of the system and the "virtual" coupling energy it would have if all interactions were satisfied. This intensive parameter, that belongs to the range [-1,+1], can be used as a scale for frustration in magnetic systems. In this description, frustration can have two origins : an intrinsic origin, when interactions only compete, or an extrinsic origin, when magnetic constraint is caused by parameters external to exchange (magnetic field, anisotropy,. . . ). Simulations have been carried out on two families of classical frustrated systems ; they show that high extrinsic constraint rates may be associated with fluctuations (non-null entropy at T = 0). The (classical) value of the constraint rate of two frustrated periodic lattices is tentatively related to the large quantum effects, associated with frustration, which are observed in these systems. It is suggested that the "frustration rate", as defined from the constraint function, could be connected to some physical properties of frustrated systems

La connaissance de l'état de contrainte in situ est indispensable dans les applications rencontrées en mécanique des roches. Plusieurs techniques d'estimation des contraintes in situ ont été élaborées. Parmi ces méthodes, nous nous sommes intéressés en particulier à l'essai de surcarottage. Si le modèle de comportement de la roche est irréversible, l'interprétation de l'essai de surcarottage est délicate. Les relations contraintes-déformations ne sont plus linéaires et dépendent notamment de l'état initial en contraintes et de la totalité du chargement mécanique subi par le matériau. L’analyse exposée dans ce mémoire est consacrée au problème direct. Le but de l'approche est de déterminer les facteurs essentiels au niveau de la rhéologie et de l'état initial de contrainte, influant sur le comportement de la roche lors du surcarottage. Une étude paramétrique a été menée en simulant numériquement la procédure du surcarottage à l'aide du code de calculs aux éléments finis CESAR-LCPC. Plusieurs modélisations sont utilisées : modélisation bidimensionnelle en déformation plane, modélisations axisymétrique et tridimensionnelle prenant en compte l'avancement du carottier. L’analyse bidimensionnelle du problème du surcarottage en terrain élastoplastique montre que la totalité de l'histoire du chargement mécanique subi par le matériau doit être prise en compte et que l'influence de la rhéologie est fortement liée à l'état initial de contrainte. Il a été mis en évidence l'influence des contraintes initiales sur l'apparition des zones plastiques et leurs extensions. Nous avons montré que, la simulation numérique utilisant un modèle élastoplastique peut expliquer certains résultats observés in situ : évolution non monotone de déformation lors du surcarottage, fortes chutes de déformations. L’étude tridimensionnelle a également mis en évidence les effets couples des directions d'anisotropie et de contrainte et de l'intensité de la contrainte déviatorique sur les déformations.

Ce travail s'inscrit dans une démarche d'intégration produit-procédé en vue d'optimiser les propriétés en fatigue illimitée des pièces de forge. Dans le domaine de la fatigue, afin de tirer bénéfice du procédé de forgeage il est indispensable de tenir compte, d'une part, des contraintes résiduelles issues de la mise en forme, mais également du comportement anisotrope des pièces, fonction de la direction des sollicitations vis-à-vis du fibrage de la pièce. Nous distinguons les matériaux dits sains et les matériaux à défaut, pour lesquels le comportement en fatigue est tributaire des inclusions. Pour ces derniers, dans le cas d'inclusions malléables, l'allongement des inclusions suivant la direction du fibrage constitue l'origine principale de l'anisotropie observée. Un critère dérivé de l'équation de Murakami est alors proposé. Une partie de l'anisotropie provient néanmoins de la microstructure, et cet aspect est également étudiée. Parallèlement, nous nous attachons à décrire de quelle manière le fibrage peut être modélisé dans le logiciel de simulation numérique de mise en forme Forge3®, pour être ensuite utilisé dans le calcul du critère de fatigue proposé. Une stratégie d'optimisation complète incluant calculs de forgeage et de fatigue est finalement illustrée sur une pièce réelle.

Les aciers de structures sont sujets aux phénomène de vieillissement sous déformation qui se traduit, par exemple, par des modifications de la limite d'élasticité, une augmentation du durcissement et une diminution de la ductilité. Le vieillissement statique est associé aux pics et aux paliers de Lüders, tandis que le vieillissement dynamique est associé à l'effet Portevin - Le Chatelier, responsable de la localisation de la plasticité et des instabilités mécaniques. L'origine de ces comportements macroscopiques provient des interactions fortes à l'échelle atomique entre les atomes de soluté, et en particulier le carbone, et les dislocations. Ce travail de thèse se propose de caractériser l'interaction entre un atome de carbone en site interstitiel octaédnque et une dislocation vis par des simulations numériques à l'échelle atomique, Les propriétés des dislocations dans le fer cubique centré étant étroitement liées à la structure de cœur des dislocations, structure dépendant elle-même fortement du potentiel interatomique utilisé, ce travail a été effectué à l'aide d'un potentiel d'interaction empirique récemment mis au point et qui reproduit correctement la structure non dégénérée du cœur de la dislocation vis, comme le prédisent les calculs ab initio, Dans un premier temps, do:s calculs de statique moléculaire ont permis de déterminer les énergies d'interaction entre la dislocation et le carbone pour diverses positions de ce dernier. Une étude dynamique a ensuite été menée permettant de déterminer de manière qualitative l'influence du carbone sur le mouvement de la dislocation et le développement des mécanismes fondamentaux de la plasticité. Les simulations effectuées dans le cadre de cette thèse s'inscrivent dans la démarche de la modélisation multi-échelles dont l'objectif à long terme est de prédire l'évolution des propriétés des matériaux en se basant sur des mécanismes physiques élémentaires décrits depuis les échelles atomiques
Carbon is one of the most frequent foreign interstitial atoms in the iron matrix, The presence of even a very little amount of these impurities can have a drastic inl1uence on the steel properties, It is well know that the strong interaction between interstitial solute carbon atoms and dislocations drive many mechanical properties of steels, ln partieular, it has important effects on the yield stress and is responsible of mechanical instabilities observed during the static strain ageing, which implies the formation of Cottrell atmosphere (Lüders' band), and the dynamic strain ageing, which occurs generally at high temperature and involves a competitive motion of dislocations and interstitial atoms (Portevin - Le Chatelier effect). This thesis work aims at characterizing the interaction between an interstitial carbon atom and a dislocation by means of numerical simulations at the atomistic scale. Since the properties of dislocations in body-centered cubic iron rely mainly on the dislocation core structure which depends on the interatomic potential used, this work has been carried out with a newly designed empirical potential which describes correctly the non degenerated screw dislocation core structure, as predicted by ab initio calculations. ln a first part, molecular statics has been used to determine the binding energy between the screw dislocation and a carbon atom, placed in different positions, ln a second part, dynamical simulations have been performed by applying a constant shear strain to the simulation box which makes the dislocation move on its gliding plane, ln the course of these simulations, 3 types of behaviour were observed, When the dislocation arrives close to the carbon atom, it can keep moving on its plane, ln a second scenario, the dislocation changes of slip plane, this is a typical exemple of cross slip. ln the 3rd type of behaviour, it is the carbon atom which moves when the dislocation is too close to it. It can jump to an adjacent octahedral site of the same plane or move onto another plane, The kind of behaviour observed depends on the local structure of the dislocation core in the vinicity of the carbon atom which intluence can be felt only lor short interaction distances. The simulations carried out in the frameworks of this thesis, are part of a multiscale modeling approach, which aims at predicting the evolution of material properties, based on the knowledge of the atomic structure and properties of elementar processes, i,e, processeses occuring at the atomic level

Les fluides à seuil ont des propriétés mécaniques étonnantes : en dessous d'une certaine contrainte, appelée contrainte seuil, le fluide se comporte comme un solide. Au-delà de la contrainte seuil, ils s'écoulent comme un gel. Ce mémoire porte sur l'étude des actions des forces magnétiques volumiques sur ces fluides. Nous étudions la possibilité de réaliser la transition solide--gel à partir des forces magnétiques volumiques créées par différents dispositifs magnétiques. Ces fluides n'ont pas de propriétés magnétiques particulières. Il est donc nécessaire de créer des champs magnétiques intenses pour agir sans contact sur ces fluides. Nous étudions différentes configurations magnétiques capables de dépasser la contrainte seuil au sein du fluide. L'influence des différents paramètres des configurations magnétiques est explorée, notamment à l'aide d'études paramétriques. Notre travail mêle des équations de magnétostatique et de mécanique des fluides non-newtoniens. Les calculs de magnétostatique sont menés de façon analytique alors que la partie mécanique et le couplage magnéto-mécanique sont traités par un logiciel de simulation numérique par la méthode des éléments finis. Les conditions magnétiques et mécaniques nécessaires à la transition solide--gel et à la modification d'écoulements de fluides à seuil sont discutées, notamment à l'aide de simulations numériques et de nombres adimensionnels.

Les fluides à seuil ont des propriétés mécaniques étonnantes : en dessous d'une certaine contrainte, appelée contrainte seuil, le fluide se comporte comme un solide. Au-delà de la contrainte seuil, ils s'écoulent comme un gel. Ce mémoire porte sur l'étude des actions des forces magnétiques volumiques sur ces fluides. Nous étudions la possibilité de réaliser la transition solide-gel à partir des forces magnétiques volumiques créées par différents dispositifs magnétiques. Ces fluides n'ont pas de propriétés magnétiques particulières. Il est donc nécessaire de créer des champs magnétiques intenses pour agir sans contact sur ces fluides. Nous étudions différentes configurations magnétiques capables de dépasser la contrainte seuil au sein du fluide. L'influence des différents paramètres des configurations magnétiques est explorée, notamment à l'aide d'études paramétriques. Notre travail mêle des équations de magnétostatique et de mécanique des fluides non-newtoniens. Les calculs de magnétostatique sont menés de façon analytique alors que la partie mécanique et le couplage magnéto-mécanique sont traités par un logiciel de simulation numérique par la méthode des éléments finis. Les conditions magnétiques et mécaniques nécessaires à la transition solide-gel et à la modification d'écoulements de fluides à seuil sont discutées, notamment à l'aide de simulations numériques et de nombres adimensionnels
Yield stress fluids have amazing mechanical properties: below a particular shear stress, called yield stress, the fluid behaves like a solid. Once the yield stress is exceeded, they flow like a viscous fluid or a gel. This thesis deals with the effects of magnetic volume forces on these fluids. We study the opportunity of the solid-gel transition from magnetic volume forces created by various magnetic devices. These fluids have no special magnetic properties. It is therefore necessary to create intense magnetic fields to act without contact on these fluids. We study different magnetic configurations that are able to exceed the yield stress in the fluid. The influences of different parameters of the magnetic configurations is explored, including using parametric studies. Our work combine equations of magnetostatic and non-newtonian fluid mechanics. Magnetostatic calculations are carried out analytically, while the mechanical and magneto-mechanical coupling are processed by a finite element analysis software. Magnetic and mechanical conditions required to the solid-gel transition and to the modification of yield stress fluids flows are discussed, using numerical simulations and dimensionless numbers

Le cadre général de la thèse concerne la valorisation sous forme de production d'énergie électrique de la chaleur présente à quelques kilomètres de profondeur (3 à 5 km), en général dans des milieux peu perméables et fracturés. Notre objectif principal est d'étudier le phénomène des microséismes induits relativement au refroidissement, en nous basant sur une expérience de terrain de longue durée, menée sur le site de Rosemanowes (Cornwall, UK). Pour cela nous avons procédé à la mise en place d'un outil de calcul, FRACAS, capable de simuler ce phénomène en introduisant une approche à double milieu thermique pour mieux simuler le refroidissement du réservoir dû à l'injection de fluide à long terme, responsable des nouveaux mécanismes de ruptures dus à la traction de la roche. Dans ce contexte nous avons introduit un nouvel algorithme pour prendre en compte les manifestations d'instabilités, un mécanisme de « stick-slip » avec prise en compte d'une friction statique et d'une friction dynamique. La possibilité d'induire des microséismes est ensuite étudiée à partir des données issues d'un site particulier, avec deux modèles 3D proposant des approches géométriques différentes, un modèle déterministe et un modèle stochastique, dont les propriétés géométriques et physiques ont été tirées des observations et travaux antérieurs effectués sur ce site de Rosemanowes. La simulation thermo-hydro-mécanique (THM) du modèle déterministe nous a permis de modéliser les échanges thermiques en régime transitoire dans le réservoir formé par le système de forages RH12/RH15 et d'estimer un ordre de grandeur des tractions d'origine thermique. Pour mieux étudier l'effet induit par la contraction des blocs de roche dans le temps nous utilisons le modèle 3D stochastique dont l'objectif principal est de simuler de façon plus réaliste la progression dans l'espace les ruptures en cisaillement. Avec ce modèle nous avons constaté l'apparition différée d'une activité et l'effet d'un cycle de pulses de pression, ce qui suggère un moyen d'atténuer les fortes magnitudes potentielles des ruptures en cisaillement dues au refroidissement
The general framework of our research deals with the development of geothermal energy for electricity production using the heat stored in geological formations at depths ranging in 3 to 5 km, Generally the environment is poorly permeable and fractured. Our main objective is to study the phenomenon of induced micro-earthquakes in relation to the cooling of the rock. The work is based on field experiences including long duration tests, conducted on the Rosemanowes site (Cornwall, UK). For this, we proceeded to the development of a calculation tool, FRACAS, able to simulate this phenomenon by introducing a dual thermal approach to better simulate the cooling of the reservoir due to long term fluid injections, which might be responsible for new failure mechanisms due to the induced tractions. In this context, we introduced a new algorithm to describe shear in stabilities, a mechanism of "stick-slip" type with the consideration of static/dynamic friction coefficients. The possibility of inducing micro-seismicity is then studied using the in situ data base, with two 3D models offering different geometric approaches, a deterministic model and a stochastic model whose geometrical and physical properties were obtained from observations and previous work on this Rosemanowes site. The Thermo-Hydro-Mechanical (THM) simulation using the deterministic model has allowed us to calibrate the transient heat transfer in the reservoir formed by the drilling system RH12/RH15 and to give an estimate of tensile stress of thermal origin. To better study the effect induced by the contraction of the rock during time, we use the stochastic 3D model whose main objective is to simulate a more realistic spatial migration of shear ruptures. With this model we found a delayed onset of shear activity and discuss the effect of pressure step tests. The results suggest a way to mitigate the potential impact of shear ruptures due to cooling

Les procédés additifs, auxquels appartient la fusion laser de poudres métalliques, ont la capacité de créer des structures à géométries complexes, avec la possibilité d'intégrer des formes creuses, par exemple des canaux de refroidissement assurant un contrôle thermique optimum. Ce procédé permet de fabriquer des pièces réelles à partir de poudres métalliques, par fusion du matériau, couche par couche, en accord avec le modèle CAO. Au cours du procédé, de nombreux cycles thermiques et d'importants gradients thermiques se produisent dans la pièce au cours de sa fabrication. Ces gradients de température induisent des déformations plastiques hétérogènes et de ce fait des contraintes résiduelles. Ces contraintes peuvent nuire à la qualité de la pièce obtenue, par exemple sa résistance mécanique. Ces travaux ont pour objectifs de proposer un modèle numérique, s’appuyant sur la méthode des éléments finis afin d'étudier l'apparition des contraintes résiduelles lors du procédé de fusion laser de poudres métalliques. Le logiciel multiphysique ABAQUS® a été utilisé pour effectuer les analyses thermiques et mécaniques. La technique « d'ajout et de suppression des éléments » a été utilisée afin de simuler la fusion et la solidification de la matière au cours du procédé. Les propriétés mécaniques dépendantes de la température de l'acier maraging, utilisé dans notre cas, ont été obtenues à l’aide d’essais expérimentaux de caractérisations et intégrées dans le modèle. Les calculs sont réalisés de manière découplée, dans un premier temps le calcul thermique est effectué, puis les résultats sont utilisés pour réaliser le calcul mécanique et finalement prédire les champs de contraintes. Dans le cadre de ce travail, une méthode originale s'appuyant sur la technique de mesure des contraintes résiduelles par enlèvement de couches successives a été mise au point pour mesurer ces contraintes en direct au cours du procédé. Les résultats renseignent sur le niveau et la distribution des contraintes dans la pièce créée et le support. Deux paramètres ont été testés afin d'étudier leur influence sur le niveau des contraintes résiduelles : le temps d’étalement de la poudre entre deux couches successives et la hauteur des couches. Le modèle numérique paramétrable permet d'analyser les effets de paramètres liés au procédé sur la répartition des contraintes résiduelles dans les pièces fabriquées. Les résultats montrent que la variation de l'épaisseur du support n'affecte pas la répartition des contraintes dans la pièce créée. Le préchauffage du support à une température de 800°C réduit les contraintes résiduelles L'étude de quelques trajectoires laser montre leurs influences sur la répartition des déformations plastiques cumulées ainsi que la hauteur des couches de poudres ou de la forme du support (embase, colonnes)
The Selective Laser Melting process, belonging to Additive processes , have the ability to create structures with complex geometries , with the possibility of including cavities, such as cooling channels providing optimum temperature control. This process enables the manufacture of three-dimensional parts from metal powders by melting the material , layer by layer, in agreement with the CAD model. In the process , high temperatures and thermal gradients cycles occur in the part during the process. These temperature gradients induce heterogeneous plastic strain and residual stresses. These residual stresses may affect the quality of the part obtained, for example the fatigue life. This work aims to propose a numerical model , based on the finite element method to study the appearance of residual stresses during laser melting process of metallic powders . The ABAQUS® Multiphysics software was used to perform the thermal and mechanical analyzes. The movement of the laser beam and the resolution of the thermal problem can predict the evolution of the temperature in the part and support. The "birth and death elements" technique was used to simulate the melting and solidification of the material during the process. Dependent mechanical properties of the temperature of the maraging steel used in this case were obtained using experimental testing and characterization and were established in the model. The calculations are decoupled : initially thermal calculation is performed and the results are used to perform mechanical calculations and finally predict the residual stress fields. In this work, a novel method based on the technique of measuring residual stresses by removing layers was developed to measure these stresses directly in the process. The results provide information on the level and distribution of stresses in the created part and support. Two parameters were tested to study their influence on the level of residual stress : time to spread the powder between two successive layers and layer height. The model is used to analyze the effects of process parameters related to the distribution of residual stresses in the manufactured parts. The results show that the variation of the thickness of the support does not affect the distribution of stresses in the part created. Preheating the substrate to a temperature of 800 °C reduces the residual stresses. The study of some laser strategies shows their influence on the distribution of plastic strain thus the height of the layers of powder or in the form of support (base, columns)

Dans ce travail, la caractérisation mécanique de l’interphase entre les zones amorphes et cristallines dans le polyéthylène a été abordée. La caractérisation élastique est effectuée en appliquant deux approches micromécaniques à partir des données de la simulation moléculaire pour la zone interlamellaire. Ces approches micromécaniques sont d’une part le modèle étendu d’inclusion composite, et d’autre part la méthode de double inclusion. Les résultats des deux approches s’accordent parfaitement. Il a été mis en évidence que le tenseur de rigidité de l’interphase n’est pas défini positif, l’interphase est donc mécaniquement instable. La comparaison avec les résultats expérimentaux valide la méthodologie proposée. Pour la caractérisation hyperélastique, l’algorithme hybride proposé consiste à appliquer la loi de comportement d’un milieu continu isotrope, compressible et hyperélastique aux résultats de la simulation de la dynamique moléculaire d’un élément unitaire de polyéthylène. La notion d’optimisation d’un ensemble de fonctions coûts non négatives est l’idée clé de cette partie. Les paramètres hyperélastiques identifiés sont en bon accord avec ceux qui ont été estimés expérimentalement. L’évolution des frontières de l’interphase avec la déformation est le second résultat de cette analyse. La fin du travail est dédiée à la simulation numérique de la grande déformation viscoplastique d’un agrégat de polyéthylène. Le modèle de Gent adopté pour la contrainte de rappel, le tenseur de projection proposé pour l’approche modifiée de Taylor, et l’optimisation multiniveau font parties des contributions apportées
Elastic characterization of the interphase layer in polyethylene is implemented by applying the relationships of two micromechanical approaches, “Extended Composite Inclusion Model” and “Double-Inclusion Method”, to the Monte Carlo molecular simulation data for the interlamellar domain. The results of the two approaches match perfectly. The interphase stiffness lacks the common feature of positive definiteness, which indicates its mechanical instability. Comparison with experimental results endorses the proposed methodology. For the hyperelastic characterization of the interlamellar domain and the interphase layer, the proposed hybrid algorithm consists in applying the constitutive equations of an isotropic, compressible, hyperelastic continuum to the molecular dynamics simulation results of a polyethylene stack. Evolution of the interphase boundaries are introduced as auxiliary variables and the notion of minimizing a set of nonnegative objective functions is employed for parameter identification. The identified hyperelastic parameters for the interlamellar domain arein good agreement with the ones that have been estimated experimentally. Finally, the large, viscoplastic deformation of an aggregate of polyethylene is reexamined. The Gent model adopted for the back stress of the noncrystalline phase, correcting the projection tensor for the modified Taylor approach, and the idea of multilevel optimization are among the contributions made

Le niveau opérationnel dans la fabrication de semi-conducteurs peut être divisé en un niveau global et un niveau local. Le niveau global est associé aux décisions d’ordonnancement et de contrôle de la production pour l’ensemble de l’unité de fabrication (fab), tandis que le niveau local traite de ces problèmes dans chaque atelier. Le niveau global établit des objectifs ou des contraintes au niveau local. Dans cette thèse, nous proposons un cadre général qui vise à contrôler les décisions prises au niveau local pour assurer la cohérence entre les décisions d’ordonnancement aux niveaux global et local. Le cadre est composé de deux niveaux. Le niveau inférieur comprend les politiques locales utilisées dans chaque atelier. Le niveau supérieur comprend les objectifs globaux, les informations globales et une stratégie globale qui est au coeur de ce cadre. La stratégie globale proposée vise à contrôler les politiques locales ainsi que les processus de production. L’idée est de gérer périodiquement la stratégie globale, en même temps que que la production, pour guider le processus de production vers la réalisation des objectifs globaux et assurer ainsi une cohérence entre les décisions prises aux niveaux global et local. Nous proposons deux types de stratégie globale : (1) une stratégie basée sur l’évaluation qui vise à améliorer le processus de production sans garantie de déterminer une solution optimale et (2) une stratégie d’optimisation basée sur un modèle de programmation linéaire. Afin d’évaluer la performance du cadre proposé, nous avons développé un modèle de simulation générique basé sur les données pour les systèmes de fabrication de semi-conducteurs. Le modèle de simulation, développé avec le logiciel AnyLogic, est une combinaison de méthodes de simulation multi-agents et de simulation à événements discrets. Étant donné que le solveur standard IBM ILOG CPLEX est utilisé pour résoudre le modèle de programmation linéaire, nous décrivons son intégration avec AnyLogic. Un ensemble d’expérimentations sur des instances industrielles sont présentées et discutées. En outre, cette thèse traite de la gestion des contraintes de temps. Dans une usine de fabrication de semi-conducteurs, les contraintes de temps sont associées à deux étapes du processus pour assurer le rendement et la qualité des lots. Une contrainte de temps correspond à un temps maximal qu’un lot ne doit pas dépasser entre les deux étapes. Si une contrainte de temps n’est pas satisfaite, le lot sera mis au rebut ou traité à nouveau. Par conséquent, parce que les équipements de fabrication sont onéreux et que les temps de cycle doivent être minimisés, il est important de contrôler efficacement le démarrage des lots dans les contraintes de temps. Nous proposons une approche qui estime la probabilité de satisfaire une contrainte de temps avant de démarrer la première étape de la contrainte. Cette approche a été mise en oeuvre et validée sur des données industrielles
The operational level in semiconductor manufacturing can be divided into a global level and a local level. The global level refers to the scheduling decisions and production control for the whole manufacturing facility (fab), while the local level deals with those issues in each work area. The global level provides objectives or constraints for the local level. In this thesis, we propose a general framework which aims at supporting and controlling the decisions taken at the local level to deal with consistency problems between global and local scheduling decisions. The framework is composed of two layers. The bottom layer includes local policies used in each work center. The top layer consists of global objectives, global information and a global strategy which is the core of this framework. The proposed global strategy aims at controlling local policies as well as production processes. The idea is to periodically run the global strategy while production is performed to guide the production process towards achieving global objectives, and thus ensuring consistency between decisions taken at the global and local levels. We propose two types of global strategy: (1) An evaluation-based strategy which aims at improving the production process with no guarantee to determine an optimal solution and (2) An optimization-based strategy, based on a Linear Programming model. In order to evaluate the performance of the proposed framework, we develop a data-driven generic simulation model for semiconductor manufacturing facilities. The simulation model is a combination of Agent-Based and Discrete Event modelling methods developed with the software AnyLogic. Since the standard solver IBM ILOG CPLEX is used to solve the linear programming model, we describe its integration with AnyLogic. A set of experiments on industrial instances are presented and discussed. In addition, this thesis deals with the management of time constraints. In a semiconductor manufacturing facility, time constraints are associated to two process steps to ensure the yield and quality of lots. A time constraint corresponds to a maximum time that a lot can spend between the two steps. If a time constraint is not satisfied by a lot, this lot will be scrapped or reprocessed. Therefore, because manufacturing equipment is expensive and cycle times must be minimized, efficiently controlling the start of lots in time constraints is important. We propose an approach which estimates the probability of satisfying a time constraint before starting a lot in the first step of the time constraint. This approach was implemented and validated on industrial constraints

La thèse est que la représentation par contraintes, en terme de langage et la déduction par la gestion automatique des réseaux de contraintes est une voie adéquate pour les systèmes d'aide à la conception en ingénierie. Deux techniques de l'Intelligence Artificielle à savoir la Propagation de Contraintes et le Raisonnement Qualitatif sont abordées. La Propagation de Contraintes est un mécanisme d'inférences déductives sur les réseaux de contraintes. Ce mécanisme présente plusieurs difficultés, particulièrement dans les calculs pas-à-pas de la résolution des relations entre valeurs des variables. Pour améliorer ce mécanisme, il est proposé dans le présente travail des algorithmes de filtrage sur la consistance locale dans des réseaux de contraintes algébriques n-aires. Ainsi, le concept de réseaux dynamiques est exploité comme un module d'aide à la conception. Le Raisonnement Qualitatif permet aux concepteurs d'analyser les modèles quand la connaissance est incomplète. L'approche de la Simulation Qualitative est proposée. L'adéquation de celle-ci est illustrée par d'une part, la représentation de connaissances incomplètes en termes de contraintes qualitatives, et d'autre part, sa capacité de saisir les comportements qualitatifs possibles des modèles. Un ensemble de logiciels est développé et leur efficacité démontrée sur des cas simples.

Le vieillissement est associé à des modifications morphologiques, fonctionnelles et hémodynamiques du système artériel, le plus souvent aggravées par la survenue de maladies cardiovasculaires. La compréhension de ces interactions aggravantes est importante pour réduire le risque encouru par le patient. L’imagerie médicale joue un rôle majeur dans cette perspective au travers de modalités telles que l’IRM de contraste de phase combinée à l’analyse quantitative des images obtenues ainsi qu’à la résolution numérique des équations de Navier Stokes qui régissent l’hémodynamique de l’écoulement sanguin. Cette thèse a donc pour but de mettre au point et combiner des méthodes de traitement d’images de vélocimétrie 4D acquises en IRM et de mécanique des fluides pour extraire des biomarqueurs quantitatifs tels que les cartographies de pressions intra-aortiques et leurs propagations spatio-temporelles, la contrainte de cisaillement aux parois aortiques et la vorticité intra-aortique. Nous avons ainsi montré la capacité de ces biomarqueurs à détecter les atteintes infra-cliniques liées à l’âge et à caractériser la dilatation aortique pathologique. De plus, les liens entre distributions spatio-temporelles des pressions et apparition et persistance des vortex ou encore contrainte de cisaillement ont été montrés. Dans un second travail, nous avons mis au point un modèle de simulation numérique permettant de résoudre le système d’équations de Navier-Stokes par élément finis. Une méthode de projection itérative a été appliquée à des modèles de sténose 2D et 3D ainsi qu’à des géométries aortiques 3D issues de segmentations pour valider notre implémentation. Finalement, un travail préliminaire d’application de notre modèle numérique à des géométries patients-spécifiques a été réalisé indiquant des liens encourageants entre données simulées et mesures IRM
Aging is associated with morphological, functional and hemodynamic changes in the arterial system, most often aggravated by cardiovascular disease. Understanding these aggravating interactions is important to reduce patients risk. Medical imaging plays a major role in this context through modalities such as velocity encoding MRI combined with quantitative image processing and computational resolution of Navier-Stokes equations that govern blood flow hemodynamics. The aim of this thesis is to develop and combine image processing methods dedicated to 4D flow MRI data analysis with computational fluid dynamics to extract quantitative biomarkers such as intra-aortic pressure fields and their spatio-temporal propagations, aortic wall shear stress and intra-aortic vorticity. We have demonstrated the ability of these biomarkers to detect age-related sub-clinical aortic impairment and to characterize pathological aortic dilatation. In addition, association of spatio-temporal aortic pressure distributions with vortex occurrence and duration as well as with wall shear stress were studied. In a second work, we developed a numerical simulation software to solve the Navier-Stokes system using finite element models. An iterative projection method was applied to 2D and 3D vessel stenosis models as well as to 3D geometrical aortic models resulting from segmentation to validate our implementation. Finally, a preliminary work applying our numerical model to patient-specific geometries was performed revealing encouraging associations between simulated data and MRI measures

Considérons un cas d’étude dans lequel les données produites par différentes techniques ont été obtenues en divers points d’une masse rocheuse où les effets topographiques sont très probablement significatifs. Les mesures ont été effectuées pour la conception du réseau hydroélectrique. Le réseau comprend une conduite hydraulique ainsi qu’une nouvelle centrale souterraine placée à mi-parcours de la conduite et sera principalement creusé dans le granite. Les diverses données ont été intégrées à un modèle continu équivalent afin d’évaluer le champ de contrainte régional et ainsi d’extrapoler les résultats des divers tests au volume de masse rocheuse concerné par le plan hydroélectrique. L'intégration des essais in situ et du modèle permet de déterminer les variations spatiales du champ de contrainte. Il est ainsi possible d’identifier le mécanisme de chargement à l’origine du champ de contrainte mesuré ainsi que le comportement rhéologique à long terme du géomatériel équivalent considéré
A case study is considered in which data produced by different techniques have been gathered in various locations within a rock mass in which topography effects are most likely significant. Measurements were performed for the design of a re-powering scheme that includes a new hydraulic conduit and an underground cavern that will primarily be excavated in granite. An integrated approach for extrapolating the results from the various in situ tests to the rock mass volume of interest for the hydroelectric power scheme is presented. This approach includes the development of an equivalent continuum mechanics model. The integration of in situ tests and numerical modelling enables to determine the stress spatial variation which helps ascertain the loading mechanism at the origin of the measured stress field as well as the long-term rheological behavior of the equivalent geomaterial under consideration

Les lignes d’arbres de transmission navale sont soumises à des chargements cycliques complexes. Afin de caractériser en fatigue ces lignes d’arbres, deux objectifs complémentaires sont achevés. Dans un premier temps, les chargements des lignes d’arbres sont caractérisés afin d’identifier des cycles de fatigue pertinents. Lors de cette étape, une méthode paramétrique originale de dimensionnement en fatigue est mise en place. Cette méthode repose sur une modélisation des chargements avec une prise en compte de leur variabilité, de la contrainte moyenne et de la non-proportionnalité. Cette méthode montre qu’il existe deux modes d’endommagement avec un mode associé au régime cyclique établi de la flexion rotative et un mode associé aux manoeuvres du navire. Dans un second temps, une méthode de caractérisation rapide est mise en place afin d’étudier le comportement des aciers des lignes d’arbres en fatigue pour un grand nombre de configurations de chargements. Un modèle permettant d’identifier le comportement en fatigue à grand nombre de cycles, à partir des mesures d’autoéchauffements, est employé. Les aciers de l’étude sont caractérisés en traction-torsion pour diverses configurations de contraintes moyennes et de non-proportionnalité du chargement. Dans ce cadre, la notion de surface d’iso-auto-échauffement est introduite. Elle permet, pour une éprouvette, de modéliser le comportement élastoplastique et dissipatif du matériau dans l’espace dédié des contraintes. Leur utilisation permet de définir un critère de fatigue multiéchelle basé sur les invariants du tenseur des contraintes. Dans l’étude, une modélisation du comportement du matériau est proposée pour les chargements de très faible amplitude (fatigue à très grand nombre de cycles VHCF) montrant une différence forte de dissipation par rapport au régime d’amplitudes plus importantes (i.e. le domaine de la fatigue à grand nombre de cycles HCF)
Marine shaft lines undergo complex cyclic loadings. In order to characterize these structures in fatigue, two complementary objectives are achieved. Firstly, the marine shaft’s loads are characterized in order to identify relevant fatigue cycles. During this step, an original parametric fatigue design method is implemented. This method is based on the definition of an equivalent load considering multiaxiality, variability, non-proportionality and mean stress. This method allows to distinguish two damage modes with a mode associated with the established cyclic regime of rotary bending and a mode associated with the ship’s maneuvers. Secondly, a rapid characterization method is implemented to characterize in fatigue the marine shafts’ steels for a large number of loading configurations. The method is based on a model which enables fatigue identification behaviors from self-heating measurements. The steels of the study are characterized in tension-torsion for various configurations of mean stress and nonproportionality of the loading. In this context, the notion of iso-self-heating surfaces is introduced. It allows, for a specimen, to model the elastoplastic and dissipative behavior of the material in the dedicated stress space. Their use makes it possible to define a multiscale fatigue criterion based on the invariants of the stress tensor. In the study, a modeling of the behavior of the material is proposed for very low amplitude loads (VHCF) exhibiting a strong difference in dissipation compared to the regime of higher amplitudes (i.e. HCF domain)

Le cadre général de la thèse concerne la valorisation sous forme de production d'énergie électrique de la chaleur présente à quelques kilomètres de profondeur (3 à 5 km), en général dans des milieux peu perméables et fracturés. Notre objectif principal est d'étudier le phénomène des microséismes induits relativement au refroidissement, en nous basant sur une expérience de terrain de longue durée, menée sur le site de Rosemanowes (Cornwall, UK). Pour cela nous avons procédé à la mise en place d'un outil de calcul, FRACAS, capable de simuler ce phénomène en introduisant une approche à double milieu thermique pour mieux simuler le refroidissement du réservoir dû à l'injection de fluide à long terme, responsable des nouveaux mécanismes de ruptures dus à la traction de la roche. Dans ce contexte nous avons introduit un nouvel algorithme pour prendre en compte les manifestations d'instabilités, un mécanisme de « stick-slip » avec prise en compte d'une friction statique et d'une friction dynamique. La possibilité d'induire des microséismes est ensuite étudiée à partir des données issues d'un site particulier, avec deux modèles 3D proposant des approches géométriques différentes, un modèle déterministe et un modèle stochastique, dont les propriétés géométriques et physiques ont été tirées des observations et travaux antérieurs effectués sur ce site de Rosemanowes. La simulation thermo-hydro-mécanique (THM) du modèle déterministe nous a permis de modéliser les échanges thermiques en régime transitoire dans le réservoir formé par le système de forages RH12/RH15 et d'estimer un ordre de grandeur des tractions d'origine thermique. Pour mieux étudier l'effet induit par la contraction des blocs de roche dans le temps nous utilisons le modèle 3D stochastique dont l'objectif principal est de simuler de façon plus réaliste la progression dans l'espace les ruptures en cisaillement. Avec ce modèle nous avons constaté l'apparition différée d'une activité et l'effet d'un cycle de pulses de pression, ce qui suggère un moyen d'atténuer les fortes magnitudes potentielles des ruptures en cisaillement dues au refroidissement
The general framework of our research deals with the development of geothermal energy for electricity production using the heat stored in geological formations at depths ranging in 3 to 5 km, Generally the environment is poorly permeable and fractured. Our main objective is to study the phenomenon of induced micro-earthquakes in relation to the cooling of the rock. The work is based on field experiences including long duration tests, conducted on the Rosemanowes site (Cornwall, UK). For this, we proceeded to the development of a calculation tool, FRACAS, able to simulate this phenomenon by introducing a dual thermal approach to better simulate the cooling of the reservoir due to long term fluid injections, which might be responsible for new failure mechanisms due to the induced tractions. In this context, we introduced a new algorithm to describe shear in stabilities, a mechanism of "stick-slip" type with the consideration of static/dynamic friction coefficients. The possibility of inducing micro-seismicity is then studied using the in situ data base, with two 3D models offering different geometric approaches, a deterministic model and a stochastic model whose geometrical and physical properties were obtained from observations and previous work on this Rosemanowes site. The Thermo-Hydro-Mechanical (THM) simulation using the deterministic model has allowed us to calibrate the transient heat transfer in the reservoir formed by the drilling system RH12/RH15 and to give an estimate of tensile stress of thermal origin. To better study the effect induced by the contraction of the rock during time, we use the stochastic 3D model whose main objective is to simulate a more realistic spatial migration of shear ruptures. With this model we found a delayed onset of shear activity and discuss the effect of pressure step tests. The results suggest a way to mitigate the potential impact of shear ruptures due to cooling

En usinage, la zone de coupe présente des conditions de température, des cinétiques thermiques, des déformations et des pressions extrêmes. Dans ce contexte, être capable de relier les variations des conditions de coupe (vitesse de coupe, avance, lubrification, usure, outil,...) à l'intégrité de la surface usinée constitue un objectif scientifique majeur. Cette thèse s'intéresse au cas du tournage finition du 15-5PH (acier inoxydable martensitique utilisé, entre autre, pour la fabrication des pièces de rotor d'hélicoptère ainsi que les pompes et les vannes de circuit primaire de centrale nucléaire) et s'inscrit dans le cadre du projet MIFSU (Modélisation de l'Intégrité et de la Fatigue des Surfaces Usinées).Dans un premier temps, le comportement du matériau a été étudié afin d'alimenter les simulations d'usinage. Des essais de dilatométrie libre ont été conduit afin de calibrer les cinétiques d'austénitisation du 15-5PH pour des vitesses de chauffe élevées (jusqu'à 11000 °C/s). Les paramètres du modèle de changement de phase de Leblond ont alors été identifiés. De plus, des essais de compression dynamique (dε/dt allant de 0.01 à 80 /s et ε > 1) ont été réalisés pour calibrer une loi de comportement élasto-plastique aux grandes déformations avec une sensibilité à la vitesse de déformation. Ces essais ont aussi permis de mettre en évidence des phénomènes de recristallisation dynamique et leurs influences sur la contrainte d'écoulement du matériau. Un modèle de recristallisation dynamique a donc également été mis en œuvre.En parallèle, un modèle numérique de prédiction de l'intégrité des surfaces tournées a été construit. Ce modèle repose sur une méthodologie dite " hybride " (développée au cours de la thèse Frédéric Valiorgue pour l'acier AISI 304L) qui consiste à supprimer la modélisation de l'outil de coupe et de la formation du copeau, et à remplacer l'impact thermomécanique de ces derniers sur la surface usinée par des chargements équivalents. Une étape de calibration de ces chargements a donc été réalisée à travers des essais de coupe orthogonale et de frottement (étude de sensibilité des efforts d'usinage, du coefficient de frottement et du coefficient de partage thermique) aux variations des paramètres de coupe.Enfin, les résultats des simulations numériques de tournage portant sur la prédiction des changements de microstructure (austénitisation et recristallisation dynamique) ainsi que des contraintes résiduelles ont été comparés aux résultats issus d'une campagne d'essais de chariotage.

De nombreuses études montrent que les transferts de contrainte co- et postsismiques jouent un rôle majeur dans l’occurrence des séquences de séismes. Cependant, la grande majorité de ces études implique des systèmes de failles à la configuration géométrique simple (e.g. failles parallèles ou colinéaires). Dans cette thèse, nous étudions une séquence de séismes s’étant produite au sein d’un système de failles à la configuration géométrique plus complexe (i.e. failles conjuguées), la séquence du NE Lut (1939-1997, NE Iran), afin d’évaluer (1) si les transferts de contrainte favorisent la succession de séismes de la séquence et (2) s’ils permettent sur le long-terme de synchroniser les ruptures des failles du système. Pour cela, nous mesurons d’abord les déformations de surface produites par la séquence afin de mieux contraindre par la suite la modélisation des transferts de contrainte. A partir de la technique de corrélation subpixel d'images optiques, nous mesurons les champs de déplacements de surface horizontaux produits par les séismes de Khuli-Boniabad (Mw 7.1, 1979) et de Zirkuh (Mw 7.2, 1997). Nous montrons que ces séismes sont caractérisés par la rupture de plusieurs segments dont les limites sont corrélées avec les complexités géométriques des failles. Nous interprétons les différences de leurs caractéristiques de rupture (longueur de rupture, glissement moyen, nombre de segments rompus) comme étant dues à des différences de maturité des failles de Dasht-e-Bayaz et d’Abiz. Nous détectons également les déplacements produits par un séisme historique modéré, le séisme de Korizan (Mw 6.6, 1979). C’est la première fois que les déplacements produits par un séisme historique de si petite taille sont mesurés par corrélation d’images optiques. Ensuite, en combinant le champ de déplacements InSAR déjà publié avec les données optiques proche-faille précédemment acquises, nous estimons un nouveau modèle de source pour le séisme de Zirkuh (Mw 7.2, 1997). Nous montrons que les données proche-faille sont essentielles pour mieux contraindre la géométrie de la rupture et la distribution du glissement en profondeur. Le modèle estimé montre que le séisme de Zirkuh a rompu trois aspérités séparées par des barrières géométriques où les répliques du séisme se localisent. Seul le segment central de la faille présente un déficit de glissement en surface que nous interprétons comme étant dû à de la déformation distribuée dans des dépôts quaternaires non consolidés. Enfin, à partir des informations précédemment acquises, nous modélisons les transferts de contrainte au cours de la séquence du NE Lut. Nous montrons que ceux-ci ont favorisé l’occurrence de 7 des 11 séismes de la séquence et que modéliser précisément la géométrie des ruptures est essentiel à une estimation robuste des transferts de contrainte. De plus, nous montrons que l’occurrence du séisme de Zirkuh (Mw 7.2, 1992) est principalement favorisée par les séismes modérés de la séquence. Pour finir, la simulation d’une multitude de cycles sismiques sur les failles du NE Lut montre que les transferts de contrainte, en particulier les transferts postsismiques liés à la relaxation viscoélastique de la lithosphère, sont le principal processus permettant la mise en place répétée de séquences de séismes sur les failles du NE Lut. Enfin, d'après les simulations réalisées, l'ordre dans lequel se sont produits les séismes majeurs durant la séquence du NE Lut est assez exceptionnel
Many studies show that static and postseismic stress transfers play an important role in the occurrence of seismic sequences. However, a large majority of these studies involves seismic sequences that occurred within fault systems having simple geometric configurations (e.g. collinear or parallel fault system). In this thesis, we study a seismic sequence that occurred within a complex fault system (i.e. conjugate fault system), the NE Lut seismic sequence (1939-1997, NE Iran), in order to assess if (1) stress transfers can explain the succession of earthquakes in the sequence and (2) stress transfers can lead to the synchronization of the NE Lut faults over multiple seismic cycles. To this end, we first measure the surface displacement field produced by the sequence in order to precisely constrain the stress transfer modeling afterwards. We use optical correlation technique to measure the surface displacement fields of the Khuli-Boniabad (Mw 7.1, 1979) and Zirkuh earthquake (Mw 7.2, 1997). We find that these earthquakes broke several segments limited by geometrical complexities of the faults. We interpret the differences in failure style of these earthquakes (i.e. rupture length, mean slip and number of broken segments) as being due to different level of structural maturity of the Dasht-e-Bayaz and Abiz faults. Furthermore, we succeed to detect offsets produced by the 1979 Mw 6.6 Korizan earthquake. It is the first time that surface displacements for such a small historical earthquake have been measured using optical correlation. Then, combining previously published intermediate-field InSAR data and our near-field optical data, we estimate a new source model for the Zirkuh earthquake (Mw 7.2, 1997). We show that near-field data are crucial to better constrain the fault geometry and the slip distribution at depth. According to our source model, the Zirkuh earthquake broke three asperities separated by geometrical barriers where aftershocks are located. No shallow slip deficit is found for the overall rupture except on the central segment where it could be due to off-fault deformation in quaternary deposits. Finally, we use the information acquired in the first parts of this work to model the stress transfers within the NE Lut sequence. We find that 7 out of 11 earthquakes are triggered by the previous ones and that the precise modeling of the rupture geometry is crucial to robustly estimate the stress transfers. We also show that the Zirkuh earthquake is mainly triggered by the moderate earthquakes of the NE Lut sequence. Lastly, the simulation of multiple seismic cycles on the NE Lut fault system shows that stress transfers, in particular postseismic stress transfers due to viscoelastic relaxation, enhance the number of seismic sequences and synchronize the rupture of the faults. The simulations also show that the order in which the Mw>7 earthquakes occurred during the NE Lut sequence is quite exceptional

Celui-ci a pour objectif de valider l'ensemble des modèles physiques utilisés dans un code de simulation numérique pour simuler un écoulement de type annulaire dispersé en conduite rencontré lors d'une procédure de lavage à eau utilisé dans les raffineries. Pour ce faire une banque de données expérimentale est mise en place sur des configurations représentatives de celles utilisées en condition industrielle. La géométrie retenue comporte une zone horizontale d'injection rectiligne avec un injecteur central, suivi d'un coude à 90° situé dans un plan vertical. Différentes conditions expérimentales permettent d'étudier l'influence de la vitesse du gaz, de la condition d'injection du brouillard et de la pression sur les différents processus physiques. Ces résultats comprenant des visualisations du brouillard et du film pariétale, des mesures de taille et de distribution de gouttes,des mesures de débit et d'épaisseur de film, sont analysés pour faire ressortir les principaux mécanismes d'interaction entre le gaz et la phase dispersée, le gaz et le film liquide pariétal et la phase dispersée et le film pariétal. En parallèle, des premières simulations, avec une approche RANS, sont réalisées avec le code CEDRE de l'ONERA et les résultats sont confrontés aux mesures
This work has been realised within a CIFRE contract with TOTAL. Its aim was to validate all the physical models used in a computation, which simulates an annular dispersed flow through a pipe used in a water washing process in refinery plants. That is why, a whole set of data has been gathered using experimental boundary conditions which are representative to those used in industrial configurations. The geometry is made of a horizontal pipe with a centred nozzle followed by a 90º elbow in the vertical plane. Several experimental boundary conditions enable one to study the influence of the gas velocity, the type of the spray injection and the pressure on the different physical phenomena. These results including spray and liquid film visualisations, droplets distribution and size measurements as well as liquid film thickness and mass flow measurements were analysed in order to extract the main interaction mechanism between the gas and the dispersed phase, the gas and the liquid film, and the dispersed phase and the annular liquid film. Meanwhile, simulations using a RANS approach were realized with the ONERA code named CEDRE and its results were compared to the gathered measurements

Ces travaux s’intègrent dans le projet de recherche SUPERSWITCH dans lequel des solutions alternatives à l’IGBT, utilisées dans les convertisseurs de puissance dans la gamme des tenues en tension 600-1200 V, sont envisagées. Les nouvelles structures du transistor MOS basées sur le principe de Super-Jonction tel que le transistor DT-SJMOSFET et sa terminaison originale, la « Deep Trench Termination » se propose comme alternative aux IGBT. Dans ce contexte, cette thèse se focalise sur la caractérisation de la robustesse de la terminaison DT2 adapté à une diode plane. Après avoir effectué un état de l’art sur les composants de puissances à semi-conducteur unidirectionnels en tension, les terminaisons des composants de puissance et la fiabilité des modules de puissance, un véhicule de test a été conçu en vue de réaliser les différents essais de vieillissement accéléré et suivi électrique. La fiabilité de la terminaison DT2 a été évaluée par des essais expérimentaux et des simulations numériques, dont une méthodologie innovante a été proposée. Au final de nouvelles structures ont été proposées pour limiter les problèmes de délaminage et de charges aux interfaces mis en avant dans notre étude
This work is a part of the research project SUPERSWITCH in which alternatives solutions to the IGBT, are investigated. This solution was used IGBT in power converters in the 600-1200 V breakdown voltage range. The new MOSFET structures based on the super-junction, such as the DT-SJMOSFET and its "Deep Trench Termination", is proposed as an alternative to IGBT. In this context, this thesis focuses on the robustness characterization of the DT2 termination adapted to a planar diode. After a state of the art on unidirectional voltage power components, the power components termination, and power modules reliability, a test vehicle has been designed in order to carry out different accelerated ageing tests and electrical monitoring. The reliability of DT2 termination was evaluated by experimental tests and numerical simulations. An innovative modeling methodology has been proposed. Finally, new structures have been proposed to limit the delamination failure mechanisms and interface charges problems highlighted in this thesis