Dissertations / Theses: 'Dynamique multi-échelle'

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Masson, Elisa. "Approche multi-échelle de la turbulence : formulation d'un nouveau modèle multi-échelle : application à la prévision du décrochage." Aix-Marseille 2, 2006. http://theses.univ-amu.fr.lama.univ-amu.fr/2006AIX22065.pdf.

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Fernier, Alexandre. "Couplage multi-échelle pour l'intéraction fluide structure en dynamique rapide." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLY001/document.

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Abstract:

Dans l’industrie nucléaire, la simulation de transitoires accidentels à l’échelle d’un réacteur devient une composante d’importance croissante de la démonstration de sûreté à destination des agences de surveillance nationales. Elle permet ainsi de limiter le recours à des expériences complexes et coûteuses tout en facilitant l’évaluation des stratégies de mitigation. Cependant, les modèles mis en jeu sont inévitablement volumineux et construits avec une finesse de modélisation rendant difficile la prise en compte de détails géométriques locaux pourtant susceptibles d’influencer significativement la solution globale. Dans ce travail de thèse, on propose ainsi des approches multi-modèles pour l’intégration de tels détails dans un modèle global sans modification du maillage initial (on parle aussi de zoom numérique). Des techniques sont proposées aussi bien pour les structures que pour les fluides, avec un souci de démontrer la précision et la stabilité de la solution multi-modèles couplée comparée à une solution de référence à une seule échelle. Ce travail intègre deux spécificités propres, à savoir son adéquation avec les contraintes de la dynamique rapide avec intégration temporelle explicite et l’objectif de traiter simultanément la superposition de modèles et l’interaction fluide-structure
In nuclear industry, simulating accidental transient sequences at full reactor scale is becoming an increasingly important feature of the safety demonstration towards national agencies. It thus allows limiting the number of complex and costly experiments, while simplifying and accelerating the evaluation of mitigation strategies. However, the implemented numerical models are inevitably heavy to build and maintain, with a global modelling scale making it difficult to account for local geometric details yet able to significantly influence the physical solution. To provide an answer to these problems, this PhD work is dedicated to multi-model approaches designed to integrate such details into bigger models with no modification at the global level (techniques often designated as numerical zoom techniques). Some methods are proposed for both structures and fluids, with special care given to the accuracy and stability of the coupled multi-scale solution compared to a single-scale reference solution. This work handles two very specific topics, namely its compatibility with numerical features imposed by fast transient dynamics with explicit time integration, and the general objective of simultaneously dealing with superimposed models and fluid-structure interaction

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Fernier, Alexandre. "Couplage multi-échelle pour l'intéraction fluide structure en dynamique rapide." Electronic Thesis or Diss., Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLY001.

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Abstract:

Dans l’industrie nucléaire, la simulation de transitoires accidentels à l’échelle d’un réacteur devient une composante d’importance croissante de la démonstration de sûreté à destination des agences de surveillance nationales. Elle permet ainsi de limiter le recours à des expériences complexes et coûteuses tout en facilitant l’évaluation des stratégies de mitigation. Cependant, les modèles mis en jeu sont inévitablement volumineux et construits avec une finesse de modélisation rendant difficile la prise en compte de détails géométriques locaux pourtant susceptibles d’influencer significativement la solution globale. Dans ce travail de thèse, on propose ainsi des approches multi-modèles pour l’intégration de tels détails dans un modèle global sans modification du maillage initial (on parle aussi de zoom numérique). Des techniques sont proposées aussi bien pour les structures que pour les fluides, avec un souci de démontrer la précision et la stabilité de la solution multi-modèles couplée comparée à une solution de référence à une seule échelle. Ce travail intègre deux spécificités propres, à savoir son adéquation avec les contraintes de la dynamique rapide avec intégration temporelle explicite et l’objectif de traiter simultanément la superposition de modèles et l’interaction fluide-structure
In nuclear industry, simulating accidental transient sequences at full reactor scale is becoming an increasingly important feature of the safety demonstration towards national agencies. It thus allows limiting the number of complex and costly experiments, while simplifying and accelerating the evaluation of mitigation strategies. However, the implemented numerical models are inevitably heavy to build and maintain, with a global modelling scale making it difficult to account for local geometric details yet able to significantly influence the physical solution. To provide an answer to these problems, this PhD work is dedicated to multi-model approaches designed to integrate such details into bigger models with no modification at the global level (techniques often designated as numerical zoom techniques). Some methods are proposed for both structures and fluids, with special care given to the accuracy and stability of the coupled multi-scale solution compared to a single-scale reference solution. This work handles two very specific topics, namely its compatibility with numerical features imposed by fast transient dynamics with explicit time integration, and the general objective of simultaneously dealing with superimposed models and fluid-structure interaction

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Paquet, Amaury. "Caractérisation multi-échelle de phases organiques concentrées." Thesis, Montpellier, 2019. http://www.theses.fr/2019MONTS019/document.

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Abstract:

Dans le cadre du développement de nouveaux procédés par extraction liquide-liquide pour le recyclage du combustible nucléaire usé, de nouvelles molécules extractantes sont à l’étude. Les molécules à fonction amide (monoamide, malonamide ou diglycolamide) sont particulièrement étudiées. Les objectifs de cette thèse sont d’étudier la spéciation moléculaire et supramoléculaire de solutions organiques représentatives des différents procédés en cours de développement. Cette spéciation a été réalisée en couplant des études expérimentales et théoriques. Après extraction de solutés, la composition des solutions organiques est déterminée expérimentalement. Des boites de simulation par dynamique moléculaire ayant la même composition que les solutions expérimentales sont ensuite construites. Après simulation, les trajectoires de dynamique moléculaire permettent de calculer les masses volumiques et les intensités diffusées aux petits angles théoriques des solutions simulées. Dès lors que les données calculées et les données expérimentales sont en accord, on estime que les simulations sont représentatives des solutions réelles. Ces simulations couplées à des caractérisations expérimentales supplémentaires (spectroscopie infra-rouge – IR – et spectrométrie de masse à ionisation par électrospray – ESI-MS –) permettent de décrire les structures en solution à la fois à l’échelle moléculaire et supramoléculaire. Cette méthodologie a été appliquée à l’extraction d’eau et de nitrate d’uranyle par les monoamides DEHBA et par le malonamide DMDOHEMA ainsi qu’à l’extraction d’eau et de nitrate de néodyme par des solutions à base de TODGA.L’extraction d’eau en phase organique est dépendante de l’organisation de la solution : les solutions de monoamides essentiellement constituées de monomères et dimères solubilisent peu d’eau contrairement aux solutions de DMDOHEMA ou de TODGA majoritairement constituées d’agrégats. L’extraction de nitrate d’uranyle a mis en évidence différents comportements dépendant de la structure de la molécule ou de la concentration d’uranyle. Des complexes UO2(NO3)2L2 sont observés à faible concentration d’uranium après extraction par les monoamides. Lorsque la concentration d’uranium augmente, des espèces polymétalliques sont observées et deviennent majoritaire en solution. Dans le cas du DMDOHEMA, des complexes monométalliques sont majoritaires mais n’ont pas une stœchiométrie unique. L’uranyle peut être coordiné à 1 ou 2 malonamides (monodenté ou bidenté), 2 nitrates et parfois une molécule d’eau. Le néodyme est extrait par le TODGA dans l’heptane sous forme de petits agrégats contenant 2 ou 3 cations liés par des nitrates pontants. Une augmentation de la concentration de néodyme entraine une augmentation de l’agrégation jusqu’à l’apparition d’une démixtion de phase. La présence d’octanol (0,3 mol/L) permet d’extraire une plus forte concentration de Nd sans séparation de phase. Les simulations ont montré que l’octanol se place dans la 1ère sphère de coordination du néodyme à la place des molécules d’eau ou de TODGA améliorant ainsi la solubilité des complexes et agrégats dans la phase organique. L’ajout de 0,5 mol/L de DMDOHEMA à une solution de TODGA permet également d’éviter la démixtion en structurant la solution. En présence de malonamide des agrégats plus petits sont observés.Pour les deux systèmes étudiés (mono et diamides), les phases obtenues après démixtion de la phase organique (phénomène de formation de 3ème phase) ont également été caractérisées.Ces travaux ont permis de déterminer l’organisation moléculaire et supramoléculaire dans des solutions d’extraction par l’utilisation d’une méthode couplant études expérimentales et simulations par dynamique moléculaire
In the framework of development of new processes for spent nuclear fuel reprocessing, new extractant molecules are studied.The goals of this thesis are to study the molecular and supramolecular speciation of representative organic solutions. The speciation was determined by coupling experimental and theoretical study. After solute extraction, the composition of the organic solutions is experimentally determined. Simulations boxes with the same composition than experimental solutions are build. After simulation, trajectories are used to calculate small angle scattered intensities. The representativeness of the simulations is checked by comparison of experimental and calculated scattered intensities. The use of the simulation, ESI-MS spectrometry and IR spectroscopy provides the description of the structures in organic solution at the molecular and supramolecular scale. This methodology was applied on water and uranyl nitrate extraction by the monoamide DEHBA and MOEHA and by the malonamide DMDOHEMA as well as the extraction of water and neodymium nitrate by TODGA solutions.The extraction of water is dependent of the organization of the solution: monoamide solution made of monomer and dimer solubilize few amount of water in comparison with DMDOHEMA or TODGA solutions.The extraction of uranyl nitrate showed different behavior. UO2(NO3)2L2 complexes are observed at low uranium concentration after extraction by the monoamides. Polymetallic species are observed with the increase of uranium concentration. In the case of DMDOHEMA, monometallic complexes are majority but without a unique stoichiometry. The uranyl can be linked to 1 o 2 malonamides, 2 nitrates and sometimes to a water molecule. Neodymium is extracted by TODGA within small aggregates made of 2 or 3 cations liked by bridging nitrates. The increase of the concentration of neodymium leads to a phase separation. The presence of octanol provides the extraction of higher concentration of neodymium nitrate. Simulations showed the replacement of water and TODGA molecules and the first coordination sphere of the cation with octanol molecule. This increases the solubility of the aggregates. The presence of DMDOHEMA prevents also the phase separation by structuring the solution. With malonamide, smaller aggregates are observed.For both systems, phases after demixing (third phase formation) were characterized.This work provides the study of the molecular and supramolecular organization of organic solutions by combining experimental studies and molecular dynamic simulations

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Bettinotti, Omar. "Une méthode multi-échelle de substitution faiblement intrusive en dynamique explicite." Phd thesis, École normale supérieure de Cachan - ENS Cachan, 2014. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01073520.

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Abstract:

Les matériaux composites stratifiés sont de plus en plus utilisés dans l'aéronautique, mais ils peuvent être sujets à large délaminage si soumis à impact. La nécessité d'effectuer des simulations numériques pour prédire l'endommagement devient essentielle pour l'ingénieur. Dans ce contexte, l'utilisation d'une modélisation fine semble préférable. En revanche, le coût de calcul associé serait prohibitif pour larges structures. Le but de ce travail consiste à réduire ce coût de calcul, en couplant le modèle fin, restreint à la zone active de délaminage, avec un modèle grossier appliqué au reste de la structure. En raison du comportement transitoire des problèmes d'impact, l'adaptabilité dynamique des modèles pour suivre les phénomènes évolutifs représente un point crucial de la stratégie de couplage. Des méthodes avancées sont utilisées pour coupler différents modèles. Par exemple, la méthode de Décomposition de Domaines, appliquée à l'adaptabilité dynamique, doit être combinée avec une stratégie de remaillage, considérée comme intrusive pour la mise en œuvre d'un logiciel pour Analyse à Eléments Finis. Dans ce travail, les bases d'une approche faiblement intrusive, la méthode de Substitution, sont présentés dans le domaine de la dynamique explicite. Il s'agît d'une formulation globale-locale, conçue pour appliquer un modèle grossier sur tout le domaine pour obtenir une réponse globale: ce pré-calcul est ensuite corrigé itérativement par l'application du modèle raffiné appliqué seulement où nécessaire. La vérification de la méthode de Substitution en comparaison avec la méthode de Décomposition de Domaines est présentée.

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Thouron, Laëtitia. "Modélisation dynamique multi-échelle de la pollution atmosphérique en milieu urbain." Thesis, Paris Est, 2017. http://www.theses.fr/2017PESC1206/document.

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Abstract:

La pollution atmosphérique en milieu urbain a été identifiée comme une cause importante d’impacts sanitaires, y compris de décès prématurés. En particulier, les concentrations ambiantes de polluants gazeux tels que le dioxyde d’azote (NO2) et de particules (PM10 et PM2,5) sont réglementées, ce qui implique que des stratégies de réductions d’émissions doivent être mises en place pour diminuer ces concentrations dans les lieux où la réglementation correspondante n’est pas respectée. Par ailleurs, la pollution atmosphérique peut contribuer à la contamination d’autres milieux, par exemple à travers la contribution des dépôts atmosphériques à la contamination des eaux de ruissellement.Les aspects multifactoriels et multiéchelle de la pollution en ville rendent l’identification des sources difficile. En effet, le milieu urbain est un espace hétérogène caractérisé par des structures architecturales complexes (bâti ancien côtoyant un bâti plus moderne, zones résidentielles, commerciales, industrielles, axes routiers…), des émissions de polluants atmosphériques non uniformes et par conséquent une exposition de la population à la pollution qui est variable dans l’espace et le temps.La modélisation de la pollution atmosphérique urbaine a pour vocation de comprendre l’origine des polluants, leur étendue spatiale et leur niveau de concentrations/dépôt. Certains polluants ont des temps de résidence long et peuvent séjourner plusieurs semaines dans l’atmosphère (PM2,5) et donc être transportés sur de longues distances, d’autres au contraire, sont plus locaux (NOx en proximité du trafic). La répartition spatiale d’un polluant dépendra alors de plusieurs facteurs et notamment des surfaces rencontrées. La qualité de l’air, elle, dépend fortement des conditions météorologiques, du bâti (rue-canyon) et des émissions.L’objectif de cette thèse est de traiter certains de ces aspects en modélisant : (1) la pollution urbaine de fond avec un modèle de chimie-transport (Polyphemus/POLAIR3D), qui permet d’estimer les dépôts de polluants atmosphériques par type de surfaces urbaines (toits, murs et chaussées), (2) la pollution à l’échelle de la rue en intégrant explicitement les effets du bâti de manière tridimensionnelle avec d’une part un modèle multiéchelle de chimie-transport (SinG) et d’autre part un modèle de mécanique des fluides (Code_Saturne) et (3) un processus de micro-échelle qui est la réémission des particules présentes sur la chaussée par le trafic routier avec trois formulations différentes (déterministe, semi-empirique et empirique). L’intérêt de cette thèse est de pouvoir comparer et évaluer l’opérabilité et la performance de plusieurs modèles de qualité de l’air à plusieurs échelles (région, quartier et rue) afin de mieux appréhender la caractérisation de la qualité de l’air en milieu urbain
Urban air pollution has been identified as an important cause of health impacts, including premature deaths. In particular, ambient concentrations of gaseous pollutants such as nitrogen dioxide (NO2) and particulate matter (PM10 and PM2.5) are regulated, which means that emission reduction strategies must be put in place to reduce these concentrations in places where the corresponding regulations are not respected. Besides, air pollution can contribute to the contamination of other media, for example through the contribution of atmospheric deposition to runoff contamination.The multifactorial and multiscale aspects of urban make the pollution sources difficult to identify. Indeed, the urban environment is a heterogeneous space characterized by complex architectural structures (old buildings alongside a more modern building, residential, commercial, industrial zones, roads, etc.), non-uniform atmospheric pollutant emissions and therefore the population exposure to pollution is variable in space and time.The modeling of urban air pollution aims to understand the origin of pollutants, their spatial extent and their concentration/deposition levels. Some pollutants have long residence times and can stay several weeks in the atmosphere (PM2.5) and therefore be transported over long distances, while others are more local (NOx in the vicinity of traffic). The spatial distribution of a pollutant will therefore depend on several factors, and in particular on the surfaces encountered. Air quality depends strongly on weather, buildings (canyon-street) and emissions.The aim of this thesis is to address some of these aspects by modeling: (1) urban background pollution with a transport-chemical model (Polyphemus / POLAIR3D), which makes it possible to estimate atmospheric pollutants by type of urban surfaces (roofs, walls and roadways), (2) street-level pollution by explicitly integrating the effects of the building in a three-dimensional way with a multi-scale model of transport chemistry (SinG) and (3) a microscale process which is the traffic-related resuspension of the particles present on the road surface with three different formulations (deterministic, semi-empirical and empirical).The interest of this thesis is to compare and evaluate the operability and performance of several air quality models at different scales (region, neighborhood and street) in order to better understand the characterization of air quality in an urban environment

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Saliou, Anthony. "Modélisation multi-échelle des géopolymères : du liquide au solide." Electronic Thesis or Diss., Université de Montpellier (2022-....), 2024. http://www.theses.fr/2024UMONS019.

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Abstract:

Alternative aux ciments, les matériaux géopolymères sont prometteurs dans le domaine du génie civil et de l’ingénierie nucléaire. Formés à partir d’aluminosilicates, ils présentent des propriétés mécaniques intéressantes pour le stockage de déchets radioactifs ou encore le développement de mousses isolantes. Le processus de géopolymérisation commence avec la dissolution d’un solide d’aluminosilicates par une solution alcaline à haut pH. Des oligomères de quelques nanomètres se forment alors et s’agrègent en un réseau poreux 3D à méso-échelle (plusieurs centaines de nm). Après 5h, les propriétés mécaniques sont atteintes, similaires à celles des matériaux cimentaires. Plusieurs questions se posent pour bien comprendre le processus complexe de géopolymérisation : d’où provient la cohésion ? Quel est le comportement de l’eau à l’interface des grains dans le gel ? Comment modéliser cette phase de gel à l’échelle atomique ? Dans cette thèse, des simulations de dynamique moléculaire sont utilisées pour mieux comprendre les mécanismes de formation de ces gels à l’échelle atomique (~1nm) et mésoscopique (~100nm), difficilement observable expérimentalement. A partir de grains d’aluminosilicate obtenus grâce à un potential d’interactions réactif, le potential d’interactions entre grains de géopolymères dans l’eau peut-être calculé. Ces calculs ont été effectués avec plusieurs charges de grains, modélisant différents pH. Deux approches sont proposées et comparées : une méthode perturbative et une méthode de métadynamique. Après analyse et discussion de leurs limites, la méthode de métadynamique est choisie pour une analyse approfondie de la cohésion. A faible charge de grains/niveau de déprotonation, une attraction est constatée, transitant vers une repulsion de Poiss-Boltzmann à plus hautes charges. Ainsi, la déprotonation apparaît comme un facteur déterminant de la formation du gel.Un modèle de « meta-grains » est proposé à partir de l’étude de la géométrie de nos grains et de leur polarizabilité ionique. De ce point de vue, les interactions peuvent être décomposés en termes plus fondamentaux à l’échelle du grains, avec des interactions de coulomb, dipole-dipole et de dispersion. Les résultats obtenus par la metadynamique sont retrouvés avec le choix d’une constante dielectrique basé sur la quantité d’eau à l’interface entre les grains. A haut degré de déprotonation, une répulsion de type DLVO apparait avec une interface riche en eau et un écrantage de Debye important. A très courte distance, l’attraction est de plus renforcée par la formation de liaisons hydrogènes à l’interface (sèche) entre les grains, faisant office de liaison de transition avec la formation de liaison Si-O-Si ou Si-O-Al entre les deux entités. Ces résultats sont discutés en comparaisons avec les expériences et les études menés sur la cohésion des argiles et ciments (CSH).Finalement, des modèles méso-échelle sont proposés pour la croissance de gels de géopolymères, à partir de ces potentiels d’interactions obtenus à conditions ambiantes. Les distributions de pores et intensités de dispersions pour les structures obtenues à partir de simulations d’agrégation de grains par Monte Carlo sont étudiées et comparés aux données expérimentales d’intrusion de mercure/nitrogen et de dispersion à petits angles
Geopolymers are alternative binders to cement and form a promising class of materials for civil and nuclear engineering. Based on aluminosilicate, they can develop strong mechanical properties that are of great interest for the storage of radioactive wastes or isolating foams. The geo-polymerization process starts with the dissolution of a solid aluminosilicate source with an alkaline solution of high pH. Oligomers of few nanometers in size form and aggregate in a 3D percolating porous network at the mesoscale (hundreds of nm). Mechanical setting is reached in about 5h, analogous of setting in neat cement pastes. Several questions remain open regarding the complex process of geopolymerisation such as : What originates cohesion ? What is the water behavior at the grain-grain interface within the gel ? How to model the complex gel phase at the atomistic level ? In this thesis, molecular simulations are used to investigate the formation mechanism of geopolymers at the atomistic (~1nm) and meso scale (~100nm), hardly reachable by experiment. The starting point of the atomistic scale simulations are aluminosilicate nano-grains generated with a reactive interaction potential. The Potential of Mean Force (PMF) quantifies the potential energy of interactions betweentwo geopolymer grains. It can be computed in various charge conditions to mimic the pH effects, using either a perturbative approach or well-tempered metadynamics. Both methods are compared and their limitations are discussed in the framework of amorphous aluminosilicate nano grains immersed in an electrolyte. Under such analysis, metadynamics is chosen for more thorough investigation of grains cohesion. At low deprotonation level/grain charge attraction is observed. These results shed light on the role of oligomers deprotonation that appears to be key point for the gel formation.A view of the system as “meta-grains” is proposed based on the evolution of grain geometry and ionic polarization. In this view, we decompose the global PMF into fundamental interaction terms at the grain scale, in terms of coulombic, dipole-dipole and dispersion/van der Walls interactions. Metadynamics results are recovered with water dielectric constant chosen based on the water content at the grain-grain interface. At large deprotonation level, the Poisson-Boltzmann repulsion is recovered, with a wet interface and a strong Debye screening. At very short range and low deprotonation level, we found that grain-grain attraction can be related to the formation of very local hydrogen bonds between the hydroxyls of the grains, in a dry interface. Grains then link through iono-covalent bonds with the release to the solution of water molecules and OH groups. This attracto/repulsive behavior is supported by experiments and discussed in regards to the cohesion of clays and cement hydrates.In the last part of the thesis, mesoscale models for the growth of geopolymers are proposed based on the obtained PMFs in attractive conditions. Structures resulting from Coarse-Grained Monte Carlo simulations are characterized in terms of pore size distributions and small angle neutron scattering, discussed with experimental data

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Kempfer, Kévin. "Simulation multi-échelle de l'interaction polymère-charge." Thesis, Université Clermont Auvergne‎ (2017-2020), 2019. http://www.theses.fr/2019CLFAC051.

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Abstract:

Dans l’industrie du pneumatique, l’ajout de nanoparticules de silice dans la gomme est un procédé couramment utilisé en raison des propriétés mécaniques remarquables du matériau composite résultant de ce mélange. Cependant, l’origine physico-chimique du comportement de ce matériau demeure inexpliquée. Le but de cette thèse est de sonder ce système par simulation moléculaire. Afin de couvrir de larges étendues spatiales et temporelles, inhérentes à ce type de matériau, nous avons adopté une stratégie de simulation multi-échelle. À partir de trajectoires atomistiques de référence de haute résolution obtenues par dynamique moléculaire, nous construisons des potentiels gros grain réalistes en utilisant la méthode d’optimisation bayésienne. Nos modèles rendent compte quantitativement du comportement caractéristique de chaînes enchevêtrées. La démarche multi-échelle, étendue à l’interaction polymère-silice, nous permet de modéliser convenablement les propriétés thermodynamiques, structurales et dynamiques d’un système composé d’une nanoparticule de silice, greffée ou non, plongée dans une matrice de polymère amorphe. Ce travail ouvre la voie à la prédiction quantitative des propriétés viscoélastiques des caoutchoucs renforcés sur des échelles temporelles de l’ordre de la microseconde. Ces dernières, inatteignables à l’aide d’une description atomistique, sont désormais accessibles à l’aide de nos jeux de potentiels gros grain
In the tire industry, the addition of nanosized silica fillers into rubber is a commonly used process due to the outstanding mechanical properties of the resulting composite material. However, the link between the underlying chemistry and the mechanical behavior of this material remains unsolved. The aim of this thesis is to investigate this system using molecular simulation. In order to cover wide length and time scales, inherent to this type of material, we took the route of applying a multiscale simulation strategy. Starting from coarse-grained reference trajectories obtained from higher resolution molecular dynamics trajectories, we build realistic coarse-grained dissipative dynamics models by using the bayesian optimization method. Our models quantitatively predict the characteristic behavior of entangled polymer chains. This multiscale approach, extended to the polymer-silica interaction, allows us to successfully model the thermodynamic, the structural, and the dynamic properties of a system made up of one silica nanoparticle, grafted or not, dispersed in an amorphous polymer matrix. This work opens the way towards the quantitative prediction of the viscoelastic properties of reinforced rubbers on time scales up to the microsecond. These time scales, inaccessible by mean of an atomistic description, are now reachable thanks to our coarse potentials

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Dupleix-couderc, Chloé. "Sur une stratégie multi-échelle d'analyse des grands délaminages en dynamique transitoire." Phd thesis, École normale supérieure de Cachan - ENS Cachan, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00719090.

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Abstract:

Les matériaux composites sont largement utilisés dans les structures aéronautiques. Les travaux présentés ici visent à mettre en place une méthode de calcul permettant de prédire les délaminages dans ces structures stratifiées soumises à des chargements dynamiques tout en assurant des coûts de calculs compatibles dans un contexte industriel. Une méthode de décomposition de domaine en dynamique est d'abord utilisée, afin de coupler des modélisations et des pas de temps de calcul différents. Une modélisation fine est utilisée uniquement dans les zones en cours de dégradation. Une représentation macroscopique du stratifié par des éléments de coque 3D est développée et employée dans le reste de la structure. Les coûts de calcul sont ainsi réduits tout en assurant une bonne précision des résultats. Pour éviter un remaillage avec l'avancée du délaminage, une approche multi-échelle en temps et en espace est ensuite proposée. Un maillage global de coque 3D de l'ensemble de la structure est défini. Des maillages utilisant une représentation fine du matériau sont utilisés localement. Des pas de temps adaptés sont utilisés dans les deux types de maillage.

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Dupleix-Couderc, Chloé. "Sur une stratégie multi-échelle d'analyse des grands délaminages en dynamique transitoire." Thesis, Cachan, Ecole normale supérieure, 2011. http://www.theses.fr/2011DENS0013/document.

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Abstract:

Les matériaux composites sont largement utilisés dans les structures aéronautiques. Les travaux présentés ici visent à mettre en place une méthode de calcul permettant de prédire les délaminages dans ces structures stratifiées soumises à des chargements dynamiques tout en assurant des coûts de calculs compatibles dans un contexte industriel. Une méthode de décomposition de domaine en dynamique est d’abord utilisée, afin de coupler des modélisations et des pas de temps de calcul différents. Une modélisation fine est utilisée uniquement dans les zones en cours de dégradation. Une représentation macroscopique du stratifié par des éléments de coque 3D est développée et employée dans le reste de la structure. Les coûts de calcul sont ainsi réduits tout en assurant une bonne précision des résultats. Pour éviter un remaillage avec l’avancée du délaminage, une approche multi-échelle en temps et en espace est ensuite proposée. Un maillage global de coque 3D de l'ensemble de la structure est défini. Des maillages utilisant une représentation fine du matériau sont utilisés localement. Des pas de temps adaptés sont utilisés dans les deux types de maillage
The part of composite materials in aeronautic structures is increasing due to their specific properties and the mass reduction they enable. Accurate numerical simulations are thus needed in order to design these structures, particularly to verify if they could resist dynamic charges such as soft bodies impact. Nevertheless, using a refined model to represent phenomenon such as delamination leads to computing time and dofs number incompatible with an industrial context. The aim of the present work is to propose a multi-scale method in space and time to solve dynamic impact problems on laminate structures. A domain decomposition method for dynamic problems is first used to couple different kinds of models and time discretisations. A refined model for the laminate is used in the degradating areas only - elsewhere, a coarser representation using 3D-shell elements is used. This approach reduced the cost of the simulation giving accurate results. To avoid a remeshing due to delamination propagation within the structure, a multi-scale method is then proposed. A global 3D shell elements mesh for the whole structure is defined. Local meshes based on a refined representation of the laminates are used only if required. Coupling between global and local representation is done using velocity field

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Bouet, Christel. "Modélisation multi-échelle de la dynamique des panaches d'aérosols naturels en Afrique." Phd thesis, Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand II, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00311058.

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Abstract:

Le but de cette étude était de documenter aussi précisément que possible le bilan de masse des aérosols minéraux désertiques qui sont des acteurs importants du système climatique terrestre puisqu'ils présentent un flux en masse annuel égal à environ la moitié du flux d'aérosols total. La mise en évidence de certains cas délicats à modéliser a conduit à mettre l'accent, dans ce travail, sur deux problèmes clefs de l'Afrique du nord : la région de Bodélé, du fait d'une topographie locale complexe, et les lignes de grains sahéliennes dont l'interaction avec les émissions d'aérosols minéraux reste encore largement inconnue.
Cette étude a été réalisée à l'échelle méso haute résolution en utilisant le modèle Regional Atmospheric Modeling System (RAMS) couplé en ligne avec le Dust Production Model (DPM) développé par Marticorena et Bergametti [1995] et Laurent [2005]. Afin d'examiner la capacité de ce modèle à reproduire les émissions d'aérosols minéraux dans la région complexe de Bodélé, nous avons tout d'abord modélisé la période correspondant à la campagne Bodélé Dust Experiment 2005 (BoDEx 2005). Notre modèle a ainsi été capable de reproduire les caractéristiques météorologiques locales (principalement le vent dans les basses couches) ainsi que les concentrations en aérosols minéraux et la structure du panache observées pendant la campagne. Nous avons aussi vérifié que les aérosols émis depuis cette région du monde atteignent le continent sud américain.
De plus, cette validation nous a permis de vérifier le constat établi par divers auteurs : les modèles à grande échelle (MCG) ont souvent du mal à reproduire correctement les champs de vent dans la région de Bodélé. Nous avons alors entrepris une étude climatologique (sur l'année 2001) sur une zone étendue autour de la région de Bodélé à différentes résolutions spatiales afin de caractériser les phénomènes de basses couches qui pourraient expliquer ce biais quasi-systématique des MCG. Ce travail a été validé grâce aux données de routine des stations de mesure de surface ainsi que grâce à l'imagerie satellite.
Le deuxième cas sur lequel la validation de notre outil était nécessaire est constitué par les événements de ligne de grains qui se succèdent sur la zone sahélienne lors de l'été boréal. Cette validation a été réalisée sur un événement bien documenté des périodes d'observations spéciales 1 et 2 de la campagne Analyse Multidisciplinaire de la Mousson Africaine (AMMA).

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Bouet, Christel. "Modélisation multi-échelle de la dynamique des panaches d'aérosols naturels en Afrique." Phd thesis, Clermont-Ferrand 2, 2007. http://www.theses.fr/2007CLF21790.

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Abstract:

Le but de cette étude était de documenter aussi précisément que possible le bilan de masse des aérosols minéraux désertiques qui sont des acteurs importants du système climatique terrestre puisqu'ils présentent un flux en masse annuel égal à environ la moitié du flux d'aérosols total. La mise en évidence de certains cas délicats à modéliser a conduit à mettre l'accent, dans ce travail, sur deux problèmes clefs de l'Afrique du nord : la région de Bodélé, du fait d'une topographie locale complexe, et les lignes de grains sahéliennes dont l'interaction avec les émissions d'aérosols minéraux reste encore largement inconnue. Cette étude a été réalisée à l'échelle méso haute résolution en utilisant le modèle Regional Atmospheric Modeling System (RAMS) couplé en ligne avec le Dust Production Model (DPM) développé par Marticorena et Bergametti [1995] et Laurent [2005]. Afin d'examiner la capacité de ce modèle à reproduire les émissions d'aérosols minéraux dans la région complexe de Bodélé, nous avons tout d'abord modélisé la période correspondant à la campagne Bodélé Dust Experiment 2005 (BoDex 2005). Notre modèle a ainsi été capable de reproduire les caractéristiques météorologiques locales (principalement le vent dans les basses couches) ainsi que les concentrations en aérosols minéraux et la structure du panache observées pendant la campagne. Nous avons aussi vérifié que les aérosols émis depuis cette région du monde atteignent le continent sud américain. De plus, cette validation nous a permis de vérifier le constat établi par divers auteurs : les modèles à grande échelle (MCG) ont souvent du mal à reproduire correctement les champs de vent dans la région de Bodélé. Nous avons alors entrepris une étude climatologique (sur l'année 2001) sur une zone étendue autour de la région de Bodélé à différentes résolutions spatiales afin de caractériser les phénomènes de basses couches qui pourraient expliquer ce biais quasi-systématique des MCG. Ce travail a été validé grâce aux données de routine des stations de mesure de surface ainsi que grâce à l'imagerie satellite. Le deuxième cas sur lequel la validation de notre outil était nécessaire est constitué par les événements de ligne de grains qui se succèdent sur la zone sahélienne lors de l'été boréal. Cette validation a été réalisée sur un événement bien documenté des périodes d'observations spéciales 1 et 2 de la campagne Analyse Multidisciplinaire de la Mousson Africaine (AMMA)

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Atiezo, Megbeme Komla. "Modélisation multi-échelle de l'endommagement dynamique des matériaux fragiles sous chargements complexes." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2019. http://www.theses.fr/2019LORR0212.

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Abstract:

Dans cette thèse, la modélisation de l’endommagement et de la rupture dynamique des matériaux quasi-fragiles est proposée en utilisant une approche double-échelle basée sur la méthode d’homogénéisation asymptotique. Des lois d’endommagement dynamique sont établies et des simulations numériques du comportement associé sont effectuées dans les cas de sollicitations correspondants aux trois modes classiques de la Mécanique de la Rupture. Le premier modèle d’endommagement dynamique est proposé pour le chargement en mode de cisaillement antiplan (mode III). La loi d’endommagement est déduite à partir d’un critère énergétique de type Griffith décrivant la propagation des microfissures, en utilisant la méthode de changement d’échelle basée sur des développements asymptotiques. Une étude locale de la réponse macroscopique prédite par ce nouveau modèle est faite pour mettre en évidence l’influence des paramètres, comme la taille de la microstructure et la vitesse de chargement, sur l’évolution de l’endommagement. Les résultats des simulations macroscopiques de rupture dynamique et les instabilités de branchement associées sont présentés et comparés à ceux des observations expérimentales. Le modèle est implémenté dans un code Éléments finis/Différences finies en utilisant le logiciel de calcul Matlab. Des simulations numériques de rupture rapide en mode d’ouverture (mode I) en utilisant une loi d’endommagement dynamique sont ensuite présentées. Le modèle utilisé pour ces simulations, est déduit à partir d’un critère microscopique de type Griffith en mode I en utilisant la méthode d’homogénéisation asymptotique. La loi d’endommagement obtenue est sensible à la vitesse de chargement qui influence le mode de rupture macroscopique. Des simulations numériques sont effectuées afin d’identifier les prédictions du modèle et les résultats obtenus sont comparés aux résultats expérimentaux. Différents tests, comme ceux de traction directe et de l’échantillon en forme de L pour les bétons, les essais d’impact sur des échantillons CCS en PMMA et le test d’impact de Kalthoff pour des roches calcaires sont reproduits numériquement. Ces simulations montrent que la vitesse de chargement détermine essentiellement la trajectoire de rupture macroscopique et la formation des branches associées, en accord avec les résultats expérimentaux. La loi a été implémentée dans le code d’éléments finis Abaqus/Explicit via une sub-routine VUMAT. Un troisième modèle d’endommagement est obtenu pour le mode de cisaillement plan (Mode II) par une démarche de modélisation double-échelle similaire à celle utilisée dans les deux premiers modèles, en tenant compte du contact unilatéral avec frottement sur les lèvres des microfissures. Une étude locale concernant l’effet du chargement de compression et du coefficient du frottement sur les fissures est faite. L’influence des paramètres comme la taille de la microstructure et la vitesse de déformation sur l’évolution de l’endommagement sont étudiés. Ces études sont complétées par des simulations des essais de rupture/frottement sur des échantillons en PMMA en utilisant le logiciel Abaqus/Explicit
In this thesis, the modeling of dynamic damage and failure of quasi-materials is addressed using a two-scale approach based on the asymptotic homogenization method. Dynamic damage laws are obtained and numerical simulations of the associated behavior are performed for loadings corresponding to the classical three modes of Fracture Mechanics. The first dynamic model of damage is proposed for the anti-plane shear loading case (Mode III). The damage evolution law is deduced from the Griffith’s energy criterion governing the dynamic propagation of microcracks, by using the homogenization method based on asymptotic expansions. A study of the local macroscopic response predicted by the new model is conducted to highlight the influence of parameters, like the size of the microstructure and the loading rate, on the evolution of damage. Results of macroscopic simulations of dynamic failure and the associated branching instabilities are presented and compared with those reported by experimental observations. The model is implemented in a Finite-Elements/Finite-Differences code using the Matlab software environment. Numerical simulations of rapid failure in opening mode (Mode I) are using a dynamic damage law are presented subsequently. The model is deduced from a microscopic Griffith type criterion describing the dynamic mode I propagation of microcracks, using the asymptotic homogenization approach. The resulting damage law is sensitive to the rate of loading that determines the macroscopic failure mode. Numerical simulations are performed in order to identify the model predictions and the obtained numerical results are compared with the experimental ones. Different tests, like the compact tension and L-shape specimen tests for concrete, the compact compression test for the PMMA brittle polymer and the Kalthoff impact test for limestone rocks, are considered in the numerical simulations. These simulations show that the loading rate essentially determines the macroscopic crack trajectory and the associated branching patterns, in agreement with the experimental results. The law has been implemented in a finite element code Abaqus/Explicit via a VUMAT subroutine. A third model of damage is obtained for the in-plane shear mode (Mode II) through a similar double-scale approach by considering unilateral contact with friction conditions on the microcracks lips. A local study concerning the effects of normal compression and of the friction coefficient is carried out. The influence of the size of the microstructure and the rate of loading on damage evolution is analyzed at the local level. These studies are completed by structural failure simulations of PMMA specimens using the Abaqus/Explicit finite element software

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Perbet, Frank. "Modélisation multi-échelle procédurale de scènes animées." Phd thesis, Grenoble INPG, 2004. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00528630.

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Abstract:

En synthèse d'images, les scènes tridimensionnelles animées sont de plus en plus riches etdétaillées. Mais elles sont actuellement limitées dans les variations de leur échelle d'observation. Par exemple, créer des modèles permettant une ballade interactive passant continûment d'un atome à une galaxie pose de sérieux problèmes. L'objectif de cette thèse est d'y apporter une solution dans le cadre d'une visualisation temps-réel sur un matériel informatique standard. Tout d'abord, nous montrons pourquoi la modélisation multi-échelle procédurale est particulièrement bien adaptée pour résoudre ce problème. Plus précisément, nous utilisons la modélisation par complexiﬁcation qui décrit un modèle par une représentation grossière et par un ensemble de fonctions qui lui ajoutent localement des détails jusqu'à satisfaire la précision requise par des critères perceptuels. Nous introduisons une nouveau formalisme basé sur le langage C++ capable de décrire un large éventail de modèles 3D animés sur de grandes variations d'échelle. Nous proposons un outil générique qui implémente ce formalisme appelé DynamicGraph. Cet outil offre d'une part une interface graphique dédiée et d'autre part un algorithme de rendu temps-réel qui évalue effcacement la visibilité et de la précision requise. Nous illustrons par différentes études de cas le potentiel de cette approche.

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Vatin, Marin. "Modélisation multi-échelle de solutions organiques et systèmes interfaciaux pour l’extraction liquide-liquide." Thesis, Université de Montpellier (2022-….), 2022. http://www.theses.fr/2022UMONS009.

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Abstract:

Cette thèse présente un ensemble de modèles et de méthodes pour la description structurale et thermodynamique des solutions organiques et des systèmes interfaciaux rencontrées dans le contexte de l’extraction liquide-liquide. Les modèles et méthodes sont basés sur une approche qui est essentiellement à l’échelle moléculaire et ont une forte composante numérique. Une étude basée sur une approche par dynamique moléculaire a été utilisée afin d’étudier la séparation de phase d’un mélange eau-huile. Elle a aussi été utilisée afin de simuler les solutions organiques dont l’organisation supramoléculaire a été vérifiée par des comparaisons entre les spectres de diffusions des rayons X aux petits angles expérimentaux et issus de ces simulations moléculaires. L’organisation supramoléculaire a pu être caractérisée plus finement au cours d’études consacrées à l’agrégation en phase organique en présence de molécules extractantes de type malonamide (DMDOHEMA) et de sels de nitrate d’europium grâce à des traitements numériques poussés présentés dans cette thèse ; notamment par le calcul des distributions moyennes des espèces chimiques formées dans les solutions organiques. A partir de ces distributions, des modèles thermodynamiques des phénomènes d’agrégation en phase organique basés sur des approches numériques et analytiques ont été élaborés. Ces modèles ont notamment permis de calculer les énergies de formation des espèces en solution en fonction de leur composition, des nombres d’agrégation moyen en très bon accord avec les données expérimentales, d’étudier les mécanismes associés au phénomène de « formation de la troisième phase » par un modèle de percolation et l’étude de super-espèces et enfin, de calculer des grandeurs associées à la cinétique de formations des agrégats en phase organique
This thesis presents a set of models and methods for the structural and thermodynamic description of organic solutions and interfacial systems encountered in the context of liquid-liquid extraction. The models and methods are based on an approach that is essentially molecular. It has a strong numerical component. A study based on a molecular dynamics approach was used to investigate the phase separation of a water-oil mixture. It has also been used to simulate organic solutions whose supramolecular organization has been verified by comparisons between the experimental and the molecular simulations signals associated with small angle X-ray scattering. The supramolecular organization has been characterized more finely during studies devoted to the aggregation in organic phase in the presence of extractant malonamide molecules (DMDOHEMA) and of europium nitrate salts thanks to advanced numerical treatments presented in this thesis. These numerical treatments allowed the calculation of the mean distributions of the chemical species formed in the organic solutions. From these distributions, thermodynamic models of the aggregation phenomena in the organic phase based on numerical and analytical approaches have been developed. These models allowed the calculation of the energies of formation of the species in solution according to their composition, and the determination of the mean aggregation numbers in very good agreement with the experimental data, the study of the mechanisms associated with the phenomenon of “third phase formation” thanks to a super-species percolation model and the calculation of quantities associated with the kinetics of formation of aggregates in organic phase

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Touzeau, Jérémy. "Modélisation multi-échelle de biomatériaux pour des problématiques expérimentales." Thesis, Sorbonne Paris Cité, 2018. https://theses.md.univ-paris-diderot.fr/Touzeau_jeremy_2_complete_20181203.pdf.

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Abstract:

La confection de dispositifs impliquant des biomolécules, notamment dans le cadre de la détection (biocapteurs) ou de la protection contre des pathogènes (revêtements antimicrobiens), compte toujours un grand nombre d’interrogations notamment à l’échelle atomique. Dans ce contexte, nous avons utilisé les outils de la modélisation moléculaire afin de réaliser des études multi-échelles (à la fois en quantique et en mécanique moléculaire) pour étudier des systèmes (expérimentaux) impliquant des biomolécules et solutionner des problématiques. L’étude a été menée au sein de deux projets. Dans le cadre du premier d’entre eux, nous nous sommes tout d’abord intéressé à l’optimisation d’un biocapteur impliquant un transistor à effet de champ de type EGOFET, en nous concentrant plus particulièrement sur le canal semi-conducteur du transistor. Dans un second temps, nous avons réalisé une étude autour de l’interaction biologique et spécifique du biocapteur. Dans le cadre du second projet, nous nous sommes intéressés à un revêtement antimicrobien. Celui-ci s’appuie sur le greffage d’un peptide comportant une séquence d’accroche, une séquence antimicrobienne ainsi qu’un site clivable par une enzyme spécifique au pathogène que l’on souhaite traiter. En présence de ce dernier uniquement, le peptide antimicrobien est ainsi libéré dans le milieu. Bien que ce système fonctionne parfaitement en solution, ses propriétés bactéricides sont perdues lorsqu’il est greffé sur une surface, une étape indispensable pour une utilisation dans le domaine biomédicale. Nous avons ainsi étudié ce système grâce à la modélisation moléculaire afin de comprendre la perte de ces propriétés
The tailoring of devices involving biomolecules, for applications such as the detection (biosensors) or protection against pathogens (antimicrobial coats), still introduce several interrogations at an atomic point of view. In this context, we used molecular modelling tools in order to realize multi-scale studies (quantic level and molecular mechanics level) about experimental systems and solve issues. We interested in two projects. In the first one, we firstly focused on biosensor involving filed effect transistor (EGOFET type), by studying the optimization of the semi-conductor channel. Then we interested in the specific biological interaction of the biosensor. In the second one, we interested in an antimicrobial coat. This device is composed by a peptide containing three parts: an anchoring one, a cleavable one which can be cut specifically by a surface protease of the target and so, release the last peptide in the area which involves antimicrobial properties. The system is very efficient in solution but when it’s grafted on a surface, antimicrobial properties disappear. Consequently, we used molecular modelling tools in order to prospect those antimicrobial properties loss

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Lu, Xiaoxin. "Modélisation électro-mécanique multi-échelle des nanocomposites graphène/polymère." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLC058/document.

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Abstract:

Cette étude porte sur le développement de modèles et de méthodes numériques pour prédire les propriétés électriques et mécaniques des nanocomposites polymères/graphènes.Dans une première partie, un modèle nonlinéaire de conduction électrique prenant en compte l’effet tunnel est introduit pour déterminer la conductivité effective de ces nanocomposites au travers d’une procédure d’homogénéisation numérique. Celle-ci, basée sur une formulation éléments finis a mis en évidence l’influence des paramètres microstructuraux sur la conductivité effective au travers d’une étude statistique.Ensuite, un modèle atomistique de l’interface polymère/graphène a été proposé pour valuer les propriétés de l'interface et de l'interphase. Les champs de contrainte et de déplacement ont été identifiés par une extension de la procédure d'Hardy-Murdoch à partir des simulations de mécanique moléculaire. À l'aide de ces champs, un modèle élastique continue avec des interfaces imparfaites a été identifié et comparé aux résultats des simulations de mécanique moléculaire. Finalement, le modèle atomistique a permis d’identifier un modèle de zone cohésive nonlinéaire pour modéliser la décohésion à l’interface polymère/graphène. Une procédure d’homogénéisation numérique par la méthode des éléments finis a été introduite pour estimer les propriétés mécaniques effectives dans le cadre des transformations finies. Les microstructures déformées ont été utilisées dans le modèle électrocinétique pour déterminer l’impact de la décohésion interfaciale sur la conductivité effective
This work contributes to developing numerical methodologies for predicting the electrical and mechanical properties of graphene/polymer nanocomposites, which can provide a better view for the design of new materials.First, a nonlinear electrical conduction model taking into account the tunneling effect is introduced to determine the effective conductivity of the graphene/polymer nanocomposites through a numerical homogenization procedure. The influences of barrier height and microstructural parameters on the conductivity were demonstrated.Then, to characterize the properties of interphases and interfaces, we employed the Murdoch-Hardy procedure combined with the molecular dynamics method to study the mechanical properties of the graphene/polymer nanocomposites. The stiffness tensor components of the interphase, interface andnbulk polymer region are identified. Based on these fields, a continuous elastic model with imperfect interface has been identified and compared with the results of molecular dynamics simulations.Finally, the atomistic model was used to identify a nonlinear cohesive zone model to simulate the decohesion at the interface of polymer and graphene. A numerical homogenization procedure by finite element method was introduced to estimate the effective mechanical properties in the framework of the finite strains. The proposed mechanical modeling is finally extended to the finite strain problem to predict the evolution of percolation threshold under tension within the proposed electrical model

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Chemmi, Houria. "Diffusion multi-échelle et sorption hydrique dans les matériaux cimentaires." Phd thesis, Palaiseau, Ecole polytechnique, 2011. https://pastel.hal.science/docs/00/67/13/90/PDF/ThA_se_Houria_Chemmi.pdf.

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Abstract:

L'objectif essentiel de ce travail a été d'étudier les phénomènes physiques associés au transport hydrique dans les matériaux cimentaires ayant achevé leur période de grande réactivité à l'eau. La compréhension des mécanismes de ce transport hydrique est critique pour améliorer la durabilité de ces matériaux de grande diffusion. Nous nous sommes particulièrement intéressés à des pâtes de ciment CEM I gris et blanc vieillies en atmosphère contrôlée sur de longues périodes pouvant aller jusqu'à deux ans. Afin de découpler les phénomènes de transport hydrique dans les pâtes cimentaires et associés aux différentes échelles imbriquées, nous avons également étudié des matériaux poreux calibrés dans des gammes d'échelles isolées des micro-, méso- et macropores. Nous avons utilisé une plateforme RMN multi-échelles présentant à la fois des techniques de spectroscopie, de relaxométrie à haut et bas-champ et de diffusométrie. D'autres techniques de caractérisation comme la conductivité et la tomographie RX ont été également utilisées. Une attention particulière a été portée sur l'intégration du contrôle de l'humidité dans les différentes sondes RMN et sur l'analyse des données expérimentales afin d'extraire des indicateurs pertinents pour l'étude du transport hydrique. Grâce à ces techniques et à des modèles originaux, nous avons montré que non seulement la géométrie intervient sur la connectivité par son aspect topologique mais de plus elle contrôle directement la dynamique et le transport hydrique micro-mésoscopique par le confinement. Nous avons aussi expliqué la difficulté à générer une modification de la distribution hydrique aux échelles des micro- et mésopores dans ces pâtes de ciments. Ceci est d'autant plus pertinent pour la durabilité de ces matériaux que plus de 80% de la porosité d'une pâte de ciment se trouve dans cette gamme de tailles de pores. Nous avons également répondu à la question concernant l'impact de l'état de surface et de la géométrie sur la dynamique hydrique dans la classe micro et mésopores de ces matériaux. Enfin, nous avons montré la facilité à modifier l'état hydrique de la macroporosité accessible par opposition à la difficulté de modifier cet état hydrique aux échelles micro et mésoscopique
The main objective of this work was to study the physical processes implied in the moisture transport in hardened cementitious based materials. Understanding such processes is of particular importance for improving the durability of these widely used materials. We focus on white and grey cement pastes CEM I hardened during long periods of time (up to two years) in controlled atmosphere. In order to decouple the physical processes of moisture transport in the intricated multiscales of these cement pastes, we have also considered calibrated porous materials in the range of micro-, meso and macropores. We used a multiscale NMR platform including spectroscopy, high and low field relaxometry and diffusometry. Other complementary techniques like conductivity and X-tomography have been also used. We have insisted on the possibility of controlling in situ the degree of humidity inside the different NMR probes and on the analysis of experimental data to extract representative parameters for the moisture transport. With these techniques and some original theoretical models, we have shown that the geometry and transport are highly related to the local connectivity and control directly the moisture transport on the micro-meso scales by the confinement. We succeed to explain why is so difficult to modify the moisture distribution at the micro-meso pore scales of these cement pastes. This is important for the durability of these widely used materials because more than 80% of the porosity stays in these ranges of pore sizes. We have also answered to the question concerning the impact of the surface properties and local geometries on the moisture dynamics in the micro-mesoscales of these materials. Last, we have shown the easy way of inducing modification of hydration state in the open access of the macroporosity, contrary to the large difficulty of inducing the same changes at the micro and mesoscale

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Chemmi, Houria. "Diffusion multi-échelle et sorption hydrique dans les matériaux cimentaires." Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2011. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00671390.

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Abstract:

L'objectif essentiel de ce travail a été d'étudier les phénomènes physiques associés au transport hydrique dans les matériaux cimentaires ayant achevé leur période de grande réactivité à l'eau. La compréhension des mécanismes de ce transport hydrique est critique pour améliorer la durabilité de ces matériaux de grande diffusion. Nous nous sommes particulièrement intéressés à des pâtes de ciment CEM I gris et blanc vieillies en atmosphère contrôlée sur de longues périodes pouvant aller jusqu'à deux ans. Afin de découpler les phénomènes de transport hydrique dans les pâtes cimentaires et associés aux différentes échelles imbriquées, nous avons également étudié des matériaux poreux calibrés dans des gammes d'échelles isolées des micro-, méso- et macropores. Nous avons utilisé une plateforme RMN multi-échelles présentant à la fois des techniques de spectroscopie, de relaxométrie à haut et bas-champ et de diffusométrie. D'autres techniques de caractérisation comme la conductivité et la tomographie RX ont été également utilisées. Une attention particulière a été portée sur l'intégration du contrôle de l'humidité dans les différentes sondes RMN et sur l'analyse des données expérimentales afin d'extraire des indicateurs pertinents pour l'étude du transport hydrique. Grâce à ces techniques et à des modèles originaux, nous avons montré que non seulement la géométrie intervient sur la connectivité par son aspect topologique mais de plus elle contrôle directement la dynamique et le transport hydrique micro-mésoscopique par le confinement. Nous avons aussi expliqué la difficulté à générer une modification de la distribution hydrique aux échelles des micro- et mésopores dans ces pâtes de ciments. Ceci est d'autant plus pertinent pour la durabilité de ces matériaux que plus de 80% de la porosité d'une pâte de ciment se trouve dans cette gamme de tailles de pores. Nous avons également répondu à la question concernant l'impact de l'état de surface et de la géométrie sur la dynamique hydrique dans la classe micro et mésopores de ces matériaux. Enfin, nous avons montré la facilité à modifier l'état hydrique de la macroporosité accessible par opposition à la difficulté de modifier cet état hydrique aux échelles micro et mésoscopique.

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Grenier, Romain. "Etude multi-échelle des phénomènes physico-chimiques aux interfaces gaz – surfaces métalliques." Thesis, Paris Est, 2015. http://www.theses.fr/2015PEST1113/document.

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Dans le contexte des écoulements micro- et nano-fluidiques, ce travail porte sur l'étude des interactions à l'interface entre des flux de gaz rares et des surfaces métalliques via une approche de modélisation multi-physique et multi-échelle. Elle se concentre tout particulièrement sur l'interaction entre l'argon et une surface d'or. Pour ce faire la modélisation a été effectuée en deux étapes, une première partie utilisant la mécanique quantique à l'échelle atomique et une deuxième partie de dynamique moléculaire à l'échelle nanométrique. La première partie est consacrée à l'obtention de potentiels d'interaction entre un atome d'argon et les atomes d'or de la surface par des méthodes de calculs théoriques basés sur la DFT comportant des effets à longues distances. Deux approches, donnant des résultats comparables, ont été utilisées : la première est liée à la description périodique de la surface d'or par un modèle basé sur la description des électrons par des ondes planes alors que la seconde permet de récupérer séparément les parties répulsives et attractives de l'interaction d'un atome d'argon avec un petit cluster d'or. Ces potentiels d'interactions ont été décomposés en potentiels de paires Ar-Au utilisables par des simulations de dynamique moléculaire. Ces simulations ont consisté en la projection d'atomes d'argon sur des surfaces d'or ‘parfaites' dites lisses ou des surfaces rugueuses plus représentatives de la technologie actuelle. L'analyse statistique des vitesses réfléchies permet de déterminer le coefficient d'accommodation tangentiel de l'argon sur des surfaces d'or. Ce coefficient est la traduction du phénomène de glissement qui peut ainsi être modélisé dans une description plus macroscopique de l'écoulement d'un gaz dans une micro-conduite. L'approche multi-physique utilisée dans ce travail a permis la détermination numérique de coefficients d'accommodations tangentiels très précis et comparables à l'expérience pour le couple argon-or, et doit pouvoir être appliquée à d'autres couples
In the context of micro- and nano-flows, this work concentrates on the study of interactions at the interface of noble gas and metal surfaces by a multi-physics and multiscale model. Particularly, the interaction of an argon atom with a gold surface is the focus of the study. The work has been made in two steps: the first one occurred at the atomic scale in which Quantum Mechanics is employed and the second one at the nanoscale with the use of Molecular Dynamics.The first part of the work was devoted to the determination of interaction potentials between an argon atom and gold atoms from the surface by DFT calculation methods comporting long range effects. Two approaches, leading similar results, have been used: the first one is linked to a periodic description of the gold surface where electrons are defined by plane waves, the second one gives independently repulsive and attractive parts of the interaction of an argon atom with a small gold cluster. Those interaction potentials are then decomposed in pair potentials suitable for Molecular Dynamics simulations. These last ones consisted in multiple times projecting argon atoms on smooth or rough gold surfaces (which are more representative of the roughness of actual technologies). The statistical analysis of the reflected velocities yielded the tangential momentum accommodation (TMAC) coefficient of argon on gold surfaces. This coefficient is the transcription of slip phenomena which occur at the interface, and it can then be used in nano-flow simulations. The multi-physics approach of the thesis gives accurate TMAC values which are comparable to experiments. The accounted method could then be applied to other noble gas metal surface couples

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Marchais, Jérémy. "Couplage de modèles multi-échelles pour la représentation de phénomènes localisés en dynamique transitoire explicite." Thesis, Cachan, Ecole normale supérieure, 2014. http://www.theses.fr/2014DENS0023/document.

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La représentation de phénomènes de rupture localisée (fissure, décohésion…) rend nécessaire l'utilisation de modèle de plus en plus fin et couteux en calcul. Pour pallier à ce problème de nombreux modèles multi-échelles ont permis de faire cohabiter deux échelles de modèles différents dont l'un plus grossier permet des gains de calculs substantiels. Cependant, coupler deux modèles différents peut entrainer un certain nombre d'incompatibilités qui peuvent générer notamment des réflexions parasites au niveau des interfaces. La première partie de mes travaux traite de l'incompatibilité issue du passage d'un comportement non-local à un comportement local dans un milieu discret. De nouveaux schémas de construction à l'interface sont proposés afin de réduire in fine les phénomènes de réflexions. La deuxième partie aborde une seconde source d'incompatibilité due au changement d'échelle de discrétisation dans un milieu continu local. Une nouvelle méthode de dissipation sélective permet de réduire les phénomènes de réflexions en absorbant les phénomènes microscopiques. Finalement, l'ensemble de ces démarches sera mis en place sur un modèle de béton fibré pour observer l'évolution de phénomène localisé en dynamique explicite
Representation of localized phenomena like failures or cracks requires models increasingly precise and cpu consuming. To overcome this problem many multiscale models allowed to coexist two scales of different models including a coarser one that enables to gain substantial time calculations. However, coupling two different models may cause a number of incompatibilities that can generate difficulties such as spurious reflections at the interfaces. The first part of my work deals with the incompatibility after the passage of a non-local behavior at a local behavior in a discreet environment. New construction schemes at the interface are proposed to reduce the reflection phenomena. The second part deals with a second source of incompatibility due to the scaling of discretization in a local continuum. A new method for selective dissipation reduces reflection phenomena absorbing microscopic phenomena. Finally, all of these steps will be implemented on a model of fiber-reinforced concrete to observe the evolution of localized phenomenon in explicit dynamics

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Nguyen, Thanh-Nghi. "Modélisation des solutions aqueuses concentrées d’éléments-f par une approche multi-échelle." Thesis, Montpellier, 2015. http://www.theses.fr/2015MONTS249/document.

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Des simulations de dynamique moléculaire classique prenant en compte explicitement la polarisation ont été réalisées afin de déterminer les propriétés structurales et thermodynamiques de solutions binaires aqueuses de chlorure, perchlorate et nitrate d'uranyle (UO2Cl2, UO2(ClO4)2 et UO2(NO3)2). A partir d'une étude faite en fonction de la concentration en sels, les propriétés d'hydratation et les interactions ion-ion des solutions aqueuses concentrées de chlorure, perchlorate et nitrate d'uranyle ont été étudiées. Les simulations de dynamique moléculaire permettent de reproduire les propriétés de solvatation de l'uranyle, du chlorure, du perchlorate et du nitrate en accord avec les données expérimentales. Les résultats ont montré les différents modes de coordination du chlorure et du perchlorate dans la deuxième sphère de coordination de l'uranyle et la présence de l'anion NO3- dans la première sphère de coordination à concentration élevée.De plus, nous avons calculé les potentiels de force moyenne des paires ioniques à dilution infinite en fonction de la distance et de l'angle. Les propriétés thermodynamiques des solutions ont été calculées à partir des potentiels des paires ioniques en utilisant la théorie McMillan-Mayer et moléculaire. La constante d'association des complexes UO2Cl+ (Kcal =2,52 L mol−1), UO2ClO4+ (Kcal =2,34 L mol−1) et UO2NO3+ (Kcal =3,02 L mol−1) a été calculée et sont en accord avec les données expérimentales. A partir des potentiels effectifs de McMillan-Mayer et en utilisant une approche multi-échelle basée sur l'approximation MSA, nous avons également calculé les coefficients osmotiques
Classical molecular dynamics simulations with explicit polarization have been successfully used to determine the structural and thermodynamic properties of binary aqueous solutions of uranyl chloride, perchlorate and nitrate (UO2Cl2, UO2(ClO4)2 and UO2(NO3)2). From a study performed as a function of the concentration of salts, the hydration properties of solutes and the ion-ion interactions of concentrated aqueous solutions of uranyl chloride, perchlorate and nitrate have been studied. The molecular dynamics simulations allow for reproducing the solvation properties of the hydrated uranyl, chloride, perchlorate and nitrate in good agreement with the experimental data. The results point out different coordination modes of Cl− and ClO4− in the UO22+ second hydration shell and the presence of NO3− anion in the UO22+ first coordination shell at high concentration. The ion – ion interaction properties over water configurations have been studied at different concentrations.Furthermore, we investigated the potential of mean force of ion pairs at infinite dilution as a function of the distance and the angle. The thermodynamical properties of the solutions have been calculated from these effective ion-ion pair potentials thanks to the McMillan-Mayer theory and molecular theory. The association constant of complex UO2Cl+ (Kcal =2,52 L mol−1), UO2ClO4+ (Kcal =2,34 L mol−1) and UO2NO3+ (Kcal =3,02 L mol−1) has been determined and compared to the experimental ones. From the effective McMillan-Mayer potentials and using a multi-scale approach based on the MSA approximation, we also calculated the osmotic coefficients

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Copie, Guillaume. "Modélisation multi-échelle de l'auto-assemblage de nanostructures sur surfaces." Thesis, Lille 1, 2014. http://www.theses.fr/2014LIL10142/document.

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Abstract:

Le développement des méthodes de simulations numériques a permis de modéliser des systèmes physiques de plus en plus complexes et de les étudier à des échelles de taille et de temps importantes en appliquant une démarche multi-échelle.Ainsi, dans le cadre de cette thèse, un premier travail a regardé l’étude de l’auto-organisation de trois types de molécules organiques aromatiques sur une surface semi-conductrice à l’aide de différents outils numériques. Dynamique moléculaire empirique, métadynamique, et simulations de type Monte-Carlo ont été judicieusement combinées pour permettre l’étude multi-échelle de ces systèmes permettant ainsi d’explorer l’importance des interactions non-covalentes inter- moléculaires et molécule-surface, dans la structure et stabilité des réseaux 2 dimensions. A noter que, pour l‘une d’entre elles un comportement cinétique a également pu être mis en évidence, pouvant conduire à la coexistence de phases de symétries différentes sur la surface. Dans tous les cas, la comparaison avec les résultats expérimentaux est excellente.Dans une deuxième partie de ces travaux, l’étude du comportement de couches denses de molécules chimisorbées à l’interface entre des nanoparticules d’Au auto-assemblées sur surface a été abordée. Deux types de molécules ont été étudiés. Pour la première, un comportement différent de la jonction moléculaire, suivant la configuration des molécules (cis ou trans), a pu être mis en évidence, permettant de proposer des explications microscopiques pour la réponse électronique des jonctions entre nanoparticules auto-assemblées, utilisées dans des dispositifs d’électronique moléculaire. Pour la seconde molécule, nous avons pu étudier le comportement des couches moléculaires à l’interface entre couches de nano-particules, quand celles-ci sont soumises à une contrainte mécanique de type compression. Un module de Young efficace pour ces couches moléculaires a pu être estimé
The development of computer simulation methods allows to model physical systems of ever growing complexity, and to study their behavior over unprecedentedly large scales of time and length, by applying a multi-scale strategy.In the framework of this thesis, we firstly studied the self-organization of three dif- ferent kinds of organic aromatic molecules (THBB, TBBB, TCNBB) on a boron-doped semi-conductor surface, (Si:B(111)), by means of different numerical simulation methods. Empirical molecular dynamics, metadynamics and Monte Carlo simulations were adequa- tely combined, in order to explore the multi-scale behavior of such systems, allowing to elucidate the role of weak intermolecular and molecule-surface interactions, in the struc- ture and stability of the resulting bi-dimensional supramolecular lattices. In particular, for the TCNBB molecule a kinetic pathway has been demonstrated, which may lead to the coexistence of phases with different symmetry on the surface. In all cases, an excellent agreement with experiments was demonstrated.In a second part of this thesis, we studied the behavior of dense layers of molecules chemisorbed at the surface of nanometer-sized Au particles, in driving their self-assembly. Two kind of molecules, AzBT and MUDA, were studied. For the first one, the response of the junctions formed between the adjoining Au nanoparticles has been shown to de- pend on the conformation of the molecules, in their cis or trans form. This allowed to propose microscopic explanations for the experimentally observed electronic behavior of the junctions. For the second molecule, we studied the mechanical response of the self- assembled Au nanoparticle layers subject to a compressive load, leading to an estimate of the effective Young’s modulus of the nanostructure

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Bourhis, Yoann. "Dynamique de population et dépendance multi-échelle au paysage - modélisation mécaniste appliquée à la protection des cultures." Thesis, Rennes, Agrocampus Ouest, 2016. http://www.theses.fr/2016NSARA079/document.

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Abstract:

Dans un objectif de réduction de l'utilisation des pesticides, des méthodes alternatives doivent assurer la protection des cultures. Les dégâts causés par les insectes ravageurs sont les manifestations de dynamiques de population dont certains déterminants paysagers sont des éléments structuraux potentiellement relocalisables. Nous explorons ici, par la simulation numérique, la modification du paysage comme stratégie de protection des cultures.Les éléments paysagers peuvent impacter les populations d'insectes par leur influence sur les comportements individuels. Nous avons développé un modèle de population tenant compte de l'approvisionnement individuel. Ce processus résulte (1) de la perception des ressources distantes par l'individu, (2) de la localisation de la population sur une dimension additionnelle quantifiant les réserves énergétiques, et (3) d'une procédure d'optimisation qui définit des mouvements dirigés adaptés.Une heuristique évolutionnaire de modification de paysages a été développée. Elle produit des réarrangements sous contraintes de composition et de structure. Les modèles de paysages et de dynamique de population ont été appliqués à un problème théorique d'aménagement du paysage. La description mécaniste de l'approvisionnement optimal offre des leviers d'action efficaces, basés sur la perturbation des comportements d'approvisionnement. Nos travaux montrent la réactivité de la population aux modifications du paysage, ainsi que la capacité des algorithmes évolutionnaires à proposer des paysages résistants, sous contraintes agronomiques
Environmental and health issues call for a switch in crop protection towards less chemically driven strategies. Pest damages on crops result of population dynamics that are influenced by landscape features. Those features may be relocated or dismissed to improve landscapes resistance to pest damages. Here we explore numerically the landscape modification as a crop protection strategy.Landscape features can influence population dynamics through their impact on individuals. Therefore, we developed a multiscale population dynamics model accounting for individual foraging. The foraging process results of (1) the perception of distant features used as resources by the individuals, (2) the localisation of the population along an additional dimension quantifying individual energy supply, (3) an optimisation procedure defining adapted directed motionsWe developed an evolutionary heuristic for landscape modification. It is able to rearrange landscapes with respect to compositional and structural constraints. Population and landscape models were applied to a theoretical landscape planning problem. The mechanistic description of the optimal foraging process enables new and efficient levers for crop protection, building on the disruption of the foraging behaviours. This application enlightens the responsiveness of the simulated population to landscape modifications, as well as the ability of evolutionary algorithms to produce resilient landscapes under agronomic productive constraints

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Ductor, Sylvain. "Mécanismes de coordination pour l'allocation dynamique de ressources dans des systèmes multi-agents large-échelle et ouverts." Paris 6, 2013. http://www.theses.fr/2013PA066036.

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Abstract:

Les systèmes multi-agents offrent un paradigme adapté à la résolution de problèmes distribués d'optimisation multi-objectives. De plus en plus d'applications doivent faire face à ce type de problèmes, notamment dans les domaines du \textit{cloud computing} ou de l'\textit{ubiquitous computing}. Dans ces domaines, différents agents, pouvant défendre des intérêts différents, sont en concurrence et doivent se coordonner pour déterminer une issue commune. Il s'agit alors d'optimiser l'utilité de chacun des agents tout en respectant les contraintes du problème. Les applications qui nous intéressent % exhibent des propriétés rendant plus complexe le calcul tel qu'sont large-échelle et caractérisées par des variations dynamiques de l'environnement et des objectifs des agents, ainsi qu'une topologie non statique (des composants peuvent apparaître ou disparaître). Ces propriétés rendent la résolution des problèmes sous-jacents plus complexe. Le domaine de l'ingénierie du bien-être a récemment proposé une solide analyse théorique et expérimentale d'une approche adaptée à la résolution de ce type de problèmes : la négociation consensuelle itérée. Ce domaine a notamment étudié les relations existant entre les fonctions de décision des agents, la classe de contrats négociés et l'issue de la négociation à l'échelle sociale. Néanmoins, à notre connaissance, aucune contribution de ce domaine n'a porté sur la formalisation et la conception des mécanismes de coordination. Cette thèse porte sur la conception de mécanismes de coordination opérationnels en se plaçant dans le paradigme de l'ingénierie du bien-être. Nous contribuons tout d'abord à ce domaine en élaborant un modèle formel des mécanismes de coordination puis nous concevons une architecture générique d'agent négociant. En nous appuyant sur ce modèle et cette architecture, nous proposons cinq mécanismes de coordination répondant à des contextes applicatifs différents et offrant des caractéristiques différentes en termes de qualité de convergence et de complexité en calcul et en communication. Les cinq mécanismes proposés sont applicables à des problèmes large-échelle, dynamiques et ouverts. Les premiers se concentrent sur la famille des problèmes d'allocation de ressources et exploitent des propriétés inhérentes à ceux-ci. Le dernier mécanisme, quant à lui, s'applique au cadre plus général des problèmes distribués d'optimisation de contraintes. Enfin, une évaluation expérimentale des deux premiers mécanismes a été menée dans le cadre du problème de tolérance aux fautes par réplication. Les mécanismes ont été comparés à une approche parallèle et à une approche issue du domaine des problèmes d'optimisation distribuée de contraintes. Cette thèse s'inscrit dans le domaine de l'ingénierie du bien-être. Elle vise à le compléter en fournissant un modèle et une architecture de coordination et en l'operationnalisant avec des mécnaismes. Dans un premier temps à élaborer un modèle de mécanismes de de coordination pour compléter Dans cette thèse, nous proposons tout d'abord un modèle de coordination qui s'inscrit dans la lignée des travaux effectués dans le domaine de l'ingénierie du bien-être puis une architecture générique d'agent négociant. % plus généraux, tels que ceux abordés par le modèle de coordination que nous avons proposé
MAS offer a paradigm that is adapted to resolve distributed constraint optimisation problemsNowadays, more application must handle such problems, and notably in domains like cloud computing or ubiquitous computing. In those domains, differents agents, that may have potentially conflicting objectives, must coordinate in order to find a common solution. The aim is to optimise agents utilities while respecting problem constraints. We are interested in large-scale open and dynamic applications. Welfare engineering has recently propose a solid theoretical and experimental analysis for those kind of problems : iterated consensual negociation. This domain studies the relations between the agent rationalities, the coordination mecanism and the social abjective. However, as far as we know, no study of this domain was about formalising and designing coordination mecanisms. This thesis is about designing operational mecanisms in the context of welfare engineering. We firstly contribute to this domain by elaborating a formal model of coordination mecanisms and then we develop an abstract architecture for agent negociation. We propose five mecanisms that are applicable to large scale dynamic and open application. Four of them consider the restricted contect of resource allocation. Finally an experimental validation has been conducted and compared the mecanisms to a parallel and a distributed approach

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Ali, Nabil. "RhéoSpeckle : un nouvel outil d’étude du comportement multi-échelle des matériaux hétérogènes." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016GREAI013/document.

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Abstract:

Ce travail de thèse cherche à mieux caractériser le comportement des matériaux hétérogènes sous cisaillement avec une approche multi-échelles (macro-méso-microscopique).Cela est rendu possible en développant un montage innovant qui couple un rhéomètre à un système d’imagerie de speckle résolue spatialement et temporellement (RheoSpeckle). Nous montrons la validation de notre expérience en l’appliquant sur deux matériaux parfaits : un solide et un liquide. Sur le solide, on mesure le champ de déplacement sur les images de speckle avec une résolution meilleure que 1 µm. Puis on prouve l’élasticité du matériau à l’échelle microscopique. Sur le liquide, la taille des nanoparticules est déterminée avec un excellent accord avec la spécification du fabriquant. Le champ de vitesse dans l’entrefer du Couette est calculé avec une bonne précision sur un temps inférieur à 1 s et avec une résolution spatiale de 100 µm sur 5mm. La dynamique microscopique d’une solution brownienne est étudiée et l’influence du cisaillement sur la décorrélation est déterminée. Nous montrons les capacités de notre expérience à étudier des matériaux hétérogènes en l’appliquant sur une solution concentrée de micelles géantes. La rhéologie linéaire est étudiée en rhéometrie classique mais aussi en utilisant l’imagerie du speckle. La rhéologie non linéaire de ce matériau est déterminé en rhéometrie (macro) mais aussi en calculant le champ de vitesse et l’intensité des images de speckle (méso) ou on caractérise les bandes de cisaillement qui se forment à partir d’un cisaillement critique. En fin la relaxation spatio-temporelle des bandes de cisaillement (micro) est caractérisée. On observe pour la première fois l’existence de deux temps de relaxation après l’arrêt du cisaillement et que la relaxation des bandes est relativement lente
This work tries to better characterize the behavior of homogeneous and heterogeneous materials under shear with a multi-scale approach (macro-meso-micro-scopic). To do that, we have developed an innovative setup by coupling a rheometer to a speckle imaging geometry witch is spatially and temporally resolved (RheoSpeckle). We validate our experience using two perfect materials: a solid and a pure viscous fluid. On a solid sample, we calculate the displacement field on the speckle images with a resolution better than 1 µm. we demonstrate than, the microscopic elasticity of this material. On a pure viscous fluid, we measured the nanoparticle’s size with excellent accuracy. When a constant shear rate is applied, the velocity profile is measured with a time less than 1 s with a spatial resolution of 100 µm over 5 mm. The microscopic dynamic of a Brownian solution under shear is probed and the shear induced on the decorrelation of the intensity correlation function is studied. We show the capabilities of our experience using a concentrated solution of wormlike micelles. The linear rheology is studied using rheometric measurements and our speckle imaging system. Nonlinear rheology is studied using rheometric measurements (macro), but also by calculating the velocity filed and the intensity of speckle images (meso). With mesocopics measurements, the formation of shear banding is proved and characterized. Finally, the spatio-temporal relaxation (micro) of shear bands of this material is studied. We show for the first time the existence of two relaxations times after shear and that the relaxation of bands is relatively slow

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Amodeo, Jonathan. "Modélisation multi-échelle de la déformation plastique de MgO monocristallin : du laboratoire au manteau terrestre." Thesis, Lille 1, 2011. http://www.theses.fr/2011LIL10080/document.

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Abstract:

Les évènements géologiques de surface, comme le volcanisme ou les séismes, sont le fruit d'une dynamique qui vise à dissiper la chaleur interne de notre planète. Dans le manteau terrestre, les roches sont déformées plastiquement dans des conditions extrêmes de pression, de température et de vitesse de déformation. Malgré les récentes avancées expérimentales, il est impossible de reproduire de telles conditions de déformation en laboratoire. C'est pourquoi nous proposons, dans ce travail de thèse, une approche numérique, basée sur la modélisation multi-échelle de la plasticité, des conditions du laboratoire à celles qui caractérisent le manteau terrestre. Nous avons choisi d'appliquer cette méthode à MgO, phase importante du manteau inférieur.À partir des propriétés de cœur des dislocations, nous avons utilisé la théorie des double-décrochements afin de décrire la mobilité d'une dislocation isolée en fonction de la température et de la contrainte. Nous avons ensuite implémenté, dans un code de Dynamique des Dislocations (DD), les paramètres de mobilité des différents défauts afin de décrire le comportement collectif des dislocations lors d’essais numériques de déformation. Les résultats montrent que les propriétés mécaniques de MgO dépendent fortement de la pression et de la vitesse de déformation
Surface geological events, like volcanos and earthquakes, are due to the internal dynamics of the Earth which tends to release its internal heat. Inside the Earth's mantle, solid rocks are plastically strained under extreme conditions of pressure, temperature and strainrate. In spite of recent experimental progress, it is still impossible to reach such conditions of deformation. This is why we propose an alternative approach, based on the multi-scale modeling of plasticity, from the laboratory conditions to the Earth's mantle. We have choosen to apply our model to magnesium oxide which is a phase present in the lower mantle.From core properties, we modeled a dislocation thermally activated mobility law based on the kink pair theory. Then, we have incorporated it inside a Dislocation Dynamics code to describe the collective behaviour of dislocations throughout numerical strain experiments. Here we show that MgO mechanical properties depends significantly on pressure and strainrate

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Mameri, Fateh. "Caractérisation multi-physique et multi-échelle d'une installation de conversion d'énergie : application à une unité de cogénération biomasse." Thesis, Valenciennes, 2018. http://www.theses.fr/2018VALE0049/document.

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Abstract:

La micro-cogénération désigne la production simultanée de deux énergies finales et utilisables à partir d’une seule source d’énergie primaire. Le cas le plus fréquent est la production de la chaleur et de l’électricité. En France, la micro-cogénération concerne les petites puissances (< 36 kWel). Son intérêt réside dans des rendements globaux supérieurs à ceux obtenus dans le cas d’une production séparée équivalente d’électricité et de chaleur. Dans le cas d’une micro-cogénération biomasse, la chaleur est fournie par une chaudière biomasse qui est couplée à un cogénérateur via un échangeur de chaleur gaz – gaz. À cette échelle de puissance, les moteurs à combustion externe ou moteurs à air chaud sont les plus indiqués comme cogénérateur. L’objet de cette thèse est de caractériser et de modéliser une unité de micro-cogénération biomasse qui se compose d’une chaudière domestique à pellets de puissance 30 kWth, d’un moteur à air chaud de type Ericsson et d’un échangeur air–gaz brûlés inséré dans la chambre de combustion de la chaudière. Des modèles dynamiques 0D de la chaudière biomasse et de l’échangeur de chaleur air – gaz brûlés sont développés pour simuler les phases transitoires et représenter l’évolution des variables du système au cours du temps. Les modèles 0D dynamiques ont été validés par des mesures expérimentales. Ils sont capables d'évaluer les performances énergétiques et les pertes de puissance et de quantifier les transferts thermiques entre les fluides de travail (eau et air), les gaz brûlés et les parois en différentes zones au sein du système considéré (chaudière ou échangeur de chaleur air – gaz brûlés). Une post-combustion a été réalisée en injectant de l’air secondaire à différents débits, chauffé à différentes températures dans la partie haute de la chambre de combustion de la chaudière. Des mesures des émissions polluantes au niveau de la cheminée de la chaudière ont été réalisées afin d’examiner l’influence de la post-combustion. Les principaux composants mesurés sont : le dioxyde de carbone, l’oxygène, le monoxyde de carbone et les oxydes d’azote
Micro-cogeneration refers to the simultaneous production of two final and usable energies from a single primary energy source. The most common case is the production of heat and electricity. In France, micro-cogeneration concerns small powers (< 36 kWel). Its interest lies in higher efficiencies than those obtained in the case of an equivalent separate production of electricity and heat. In the case of biomass micro-CHP system, the heat is supplied by a biomass boiler that is coupled to a cogenerator via a heat exchanger. For this power, external combustion engines or hot air engines are the most suitable. In the case of The purpose of this PhD thesis work is to characterize and model a biomass micro-CHP unit, with a biomass boiler (30 kWth), an Ericsson engine and an air-flue gas heat exchanger inserted inside the combustion chamber of the boiler. Dynamic models 0D of the biomass boiler and the air-flue gas heat exchanger are developed to simulate the transient phases and to represent the evolution of the variables as a time function. Dynamic 0D models have been validated by experimental measurements. They evaluate the energy performances and power losses and quantify heat transfer between working fluids (water and air), flue gases and walls in different zones in the considered system (boiler or air-flue gas heat exchanger). A post-combustion is investigated by injecting secondary air at different flow rates and different temperatures in the upper part of the boiler combustion chamber. Experimental measurements of pollutant emissions in the boiler chimney are performed to examine the post-combustion influence. The main pollutants measured are: carbon dioxide, oxygen, carbon monoxide and nitrogen oxides

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De, Zotti Vincent. "Instabilité de pelage d'un ruban adhésif : effet de l'inertie sur la dynamique multi-échelle du front de détachement." Thesis, Lyon, 2018. http://www.theses.fr/2018LYSEN012/document.

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Abstract:

Cette thèse concerne l'étude de la dynamique instable du front de détachement d'un ruban adhésif lors de son pelage à vitesse constante depuis un substrat plan. Nous avons en particulier mis en évidence le rôle essentiel de l'inertie du ruban sur cette instabilité.Dans un premier temps, nous avons réalisé une étude expérimentale des différentes dynamiques macroscopiques du front, observé par imagerie rapide, en fonction de la vitesse et de l'angle de pelage. Un régime constitué d'oscillations sinusoïdales en vitesse a alors été mis en évidence à la transition entre le pelage régulier et l'instabilité de stick-slip. Un modèle théorique, prenant en compte l'inertie du ruban, et sa résolution numérique ont permis de retrouver les différentes dynamiques observées, ainsi que les caractéristiques de ces oscillations.D'autre part, l'instabilité de stick-slip microscopique, récemment découverte, a également été étudiée. Nous avons caractérisé l'amplitude des avancées saccadées en fonction de la vitesse et de l'angle de pelage, mais également des propriétés physiques du ruban (masse et module de flexion). Son évolution avec ces différents paramètres est en accord avec une modélisation dynamique du front de détachement, couplant énergie de courbure et énergie cinétique du ruban
This thesis presents the study of the unstable dynamics of the detachment front of an adhesive tape peeled at constant velocity from a flat surface. We could specifically highlight the essential role of the ribbon inertia on this instability.On one hand, we have performed an experimental study of the different front dynamics at macroscopic scales, observed by fast imaging, as a function of the peeling velocity and peeling angle. We could find a novel dynamical regime with sinusoidal oscillations of the detachment front velocity at the transition between regular peeling and stick-slip motion. A theoretical model taking into account the ribbon inertia, and its numerical resolution allow to explain the different dynamics observed, and furthermore, the characteristics of those velocity oscillations.On the other hand, the recently discovered microscopic stick-slip instability has also been studied. We have characterized the amplitude of the corresponding slips as a function of the peeling velocity and peeling angle, but also, as a function of the ribbon properties (mass and bending modulus). We show that a dynamical model coupling bending and kinetic energy of the ribbon can explain its evolution with these different parameters

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Wan, Jianhong. "Modélisation numérique multi-échelle du comportement mécanique d'un système pieux-sol." Electronic Thesis or Diss., Université de Lille (2022-....), 2023. https://pepite-depot.univ-lille.fr/ToutIDP/EDENGSYS/2023/2023ULILN033.pdf.

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Abstract:

L'étude des systèmes pieux-sol est d'une importance capitale dans le domaine de l'ingénierie géotechnique, car elle est directement liée à la stabilité et à la fiabilité des structures et des infrastructures. Ce travail étudie le comportement mécanique des systèmes pieux-sol, en mettant l'accent sur les pieux en polymère renforcé de fibres (FRP) et les mélanges caoutchouc-sol (RSM). Trois aspects principaux sont étudiés à l'aide de simulations de dynamique moléculaire (MD). Tout d'abord, les propriétés de frottement à l'interface entre le pieu FRP et l'argile sont étudiées à l'aide d'un modèle kaolinite-époxy, qui donne une valeur calculée de 159 mJ/m2 pour le travail d'adhésion. Les coefficients de cisaillement interfaciaux maximaux diminuent de manière non linéaire avec l'augmentation de la contrainte normale. Le processus de frottement interfacial est caractérisé par le fait qu'il dépend de la vitesse avec des plages de vitesse distinctes, et ces caractéristiques sont prises en compte par la théorie de Bell étendue. On observe que le mouvement de stick-slip se manifeste exclusivement dans les scénarios où les vitesses de glissement sont faibles. Cette tendance à l'augmentation des barrières énergétiques avec l'augmentation des contraintes normales met en évidence l'augmentation des forces de traction nécessaires pour induire le glissement du PRFV le long de l'interface avec l'argile dans des conditions de contraintes normales plus élevées.Deuxièmement, les simulations MD étudient la friction interfaciale à l'interface pieu-sable FRP dans diverses conditions de sécheresse, d'eau pure et d'eau salée. Une résine époxy réticulée est synthétisée pour étudier ses interactions avec la silice cristalline. Les relations force-déplacement de frottement présentent des phases non linéaires et stables distinctes. Les profils de rigidité tangentielle, en particulier à des niveaux de contrainte normale plus faibles, montrent des réductions plus rapides pour atteindre l'état d'équilibre. Les molécules d'eau agissent comme des lubrifiants, les ions NaCl affectant leur efficacité. Les systèmes secs ont le coefficient de frottement le plus élevé, suivis par les systèmes à l'eau salée et à l'eau pure.Troisièmement, l'interaction à l'interface caoutchouc/sol est étudiée dans le cadre de la RSM à l'aide de simulations MD. La force de frottement augmente avec la distance de glissement et la contrainte normale, ce qui est cohérent avec le comportement de frottement entre les sols naturels. Le compactage du caoutchouc et de l'argile augmente les forces de frottement et améliore les propriétés techniques. Les particules de caoutchouc réduisent le mouvement de glissement à l'interface montmorillonite-caoutchouc, en fournissant un effet d'amortissement qui réduit l'intensité des vibrations de glissement pendant le glissement. Les paramètres interfaciaux et les coefficients de frottement sont déterminés et concordent avec les données expérimentales, ce qui améliore la compréhension du comportement du RSM et les applications dans les fondations des sols.Enfin, cette étude introduit un élément intégré pieu-sol efficace pour simuler le comportement des pieux tout en tenant compte de la non-linéarité du sol et du matériau du pieu à l'échelle macroscopique. Les charnières plastiques et les ressorts du sol sont intégrés dans les formulations d'éléments proposées, de sorte qu'un seul type d'élément suffit pour simuler commodément les interactions non linéaires entre le pieu et le sol. Un programme Python a été développé sur la base de la méthode des éléments finis (FE), et la procédure d'analyse détaillée est donnée. La validation à l'aide d'essais sur le terrain démontre la précision de l'analyse du comportement des pieux sous des charges latérales et axiales
The study of pile-soil systems is of paramount importance in the field of geotechnical engineering, as it is directly related to the stability and reliability of structures and infrastructure. This work investigates the mechanical behavior in pile-soil systems, with emphasis on fiber-reinforced polymer (FRP) piles and rubber-soil mixes (RSM). Three main aspects are investigated using molecular dynamics (MD) simulations. First, friction properties at the FRP pile-clay interface are studied using a kaolinite-epoxy model, which yields the calculated work of adhesion value of 159 mJ/m2. The peak interfacial shear coefficients decrease nonlinearly with increasing normal stress. The interfacial friction process is characterized by its velocity-dependent with distinct velocity ranges, and these characteristics are captured by the extended Bell theory. It is observed that stick-slip motion manifests itself exclusively in scenarios with lower sliding velocities. This observed trend of increasing energy barriers with increasing normal stresses highlights the increased pulling forces required to induce FRP sliding along the clay interface under higher normal stress conditions. Second, MD simulations investigate the interfacial friction at the FRP pile-sand interface under various dry, pure water, and salt water conditions. A cross-linked epoxy resin is synthesized to study its interactions with crystalline silica. Friction force-displacement relationships show distinct nonlinear and steady-state phases. Tangential stiffness profiles, especially at lower normal stress levels, show faster reductions to reach the steady-state. Water molecules act as lubricants, with NaCl ions affecting their effectiveness. Dry systems have the highest coefficient of friction, followed by salt water and pure water systems.Third, the interaction at the rubber/soil interface is studied within RSM using MD simulations. Friction force increases with sliding distance and normal stress, which is consistent with the friction behavior between natural soils. Compaction of rubber and clay increases friction forces and improves engineering properties. Rubber particles reduce stick-slip motion at the montmorillonite-rubber interface, providing a damping effect that reduces stick-slip vibration intensity during sliding. Interfacial parameters and friction coefficients are determined and agree with experimental data, improving the understanding of RSM behavior and applications in soil foundations.Finally, this study introduces an efficient integrated pile-soil element to simulate pile behavior while accounting for soil and pile material nonlinearity at the macroscale. The plastic hinges and soil springs are integrated into the proposed element formulations, so that one element type is sufficient to conveniently simulate the nonlinear pile-soil interactions. A Python program has been developed based on the finite element (FE) method, and the detailed analysis procedure is given. Validation with field tests demonstrates accuracy for the analysis of pile behavior under lateral and axial loads

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Li, Hao. "Approche multi-échelle pour les écoulements polyphasiques en présence de phénomènes interfaciaux." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2024. http://www.theses.fr/2024LORR0081.

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Les phénomènes interfaciaux suscitent un intérêt croissant dans divers domaines industriels et fondamentaux tels que les industries pétrolière, alimentaire, cosmétique ou l'imprimerie, etc. Cette thèse se concentre particulièrement sur les phénomènes impliquant des gouttes et des bulles, notamment leur coalescence, étalement, drainage et éclatement dans des fluides non newtoniens. Plusieurs méthodes expérimentales ont été utilisées, incluant un système d'acquisition électrique DC ultra-rapide, une caméra rapide et un micro-PIV à grande vitesse. La première partie de l'étude explore le contact initial et l'étalement (coalescence) d'une goutte non newtonienne sur une surface solide ou liquide. L'évolution de la conductance électrique, en corrélation avec la largeur d'étalement de la goutte, a été détectée dans les premières microsecondes. L'étalement d'une dispersion opaque de nanoparticules a été entrepris, révélant les mécanismes sous-jacents et les régimes par une loi d’échelle sans dimension. La quantification des champs de vitesse à l'intérieur de la goutte a également été réalisée. La deuxième partie compare la durée de vie et l'éclatement d'une bulle unique à différentes surfaces liquides, y compris celles chargées de particules superhydrophobes. L'épaisseur de la calotte de la bulle a été mesurée grâce à l'imagerie à grande vitesse. Les champs de vitesse autour de la cavité de bulle ont été mesurés, montrant le rôle de la couche de particules et la viscoélasticité des fluides dans la transition d'une rupture rapide à une disparition lente de la bulle. Enfin, la troisième partie examine la coalescence d'une goutte non newtonienne avec une phase liquide de la même nature à travers des interfaces air-liquide chargées de particules. Les champs de vitesse au sein de la goutte et dans le liquide ont été évalués, et une analyse du signal électrique a mis en évidence la différence avec la coalescence à des surfaces sans particules. Le rôle complexe de la couche de particules comme barrière et pont a été dévoilé, ainsi que sa relation avec la viscoélasticité du fluide
Interfacial phenomena as a research domain have attracted focus and resources from areas of industrial and fundamental interests: cosmetics, printing, food industries, and glass productions, etc. What charms the defender most is the phenomena with drops and bubbles - their processes of coalescing, spreading, draining, and bursting - involving non-Newtonian fluids. Multiple experimental methods such as ultra-high-speed DC electrical acquisition system, high-speed camera and high-speed micro-PIV were jointly adopted for the investigation. The first part focused on experimental research on initial contact and spreading (coalescing) of a non-Newtonian drop on a solid (liquid) planar surface. The evolution of the electrical conductance in close relation with the drop spreading (coalescing) width was detected at first microseconds. Spreading (coalescing) behaviors of an opaque dispersion of nanoparticles was examined. Regimes and mechanism behind were revealed via dimensionless scaling. The quantification of flow fields inside a spreading (coalescing) drop was performed. The second part comparatively investigated the lifetime and bursting behavior of a single bubble at different liquid surfaces and through particle-laden liquid surfaces. Bubble cap thickness was quantitatively compared based on the high-speed imaging results. Velocity fields and profiles around bubble cavity were drafted and analyzed. The role of particle layer, together with fluids’ viscoelasticity, was confirmed in the shift for a bubble from a quick rupture death to a slow shrinking disappearance. The last part studied the coalescence of a non-Newtonian drop with its bulk phase through particle-laden air-liquid surfaces. A characteristic evaluation of speed fields within the drop and the bulk was conducted. An electrical signal analysis was carried out to highlight the difference with the coalescence of a drop with particle-free surfaces. The complicate role of particle layer as a barrier and bridge at the same time was confirmed and its relationship with fluid’s viscoelasticity was demonstrated

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Duarte, Max Pedro. "Méthodes numériques adaptives pour la simulation de la dynamique de fronts de réaction multi-échelle en temps et en espace." Phd thesis, Ecole Centrale Paris, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00737092.

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Abstract:

Nous abordons le développement d'une nouvelle génération de méthodes numériques pour la résolution des EDP évolutives qui modélisent des phénomènes multi-échelles en temps et en espace issus de divers domaines applicatifs. La raideur associée à ce type de problème, que ce soit via le terme source chimique qui présente un large spectre d'échelles de temps caractéristiques ou encore via la présence de fort gradients très localisés associés aux fronts de réaction, implique en général de sévères difficultés numériques. En conséquence, il s'agit de développer des méthodes qui garantissent la précision des résultats en présence de forte raideur en s'appuyant sur des outils théoriques solides, tout en permettant une implémentation aussi efficace. Même si nous étendons ces idées à des systèmes plus généraux par la suite, ce travail se focalise sur les systèmes de réaction-diffusion raides. La base de la stratégie numérique s'appuie sur une décomposition d'opérateur spécifique, dont le pas de temps est choisi de manière à respecter un niveau de précision donné par la physique du problème, et pour laquelle chaque sous-pas utilise un intégrateur temporel d'ordre élevé dédié. Ce schéma numérique est ensuite couplé à une approche de multirésolution spatiale adaptative permettant une représentation de la solution sur un maillage dynamique adapté. L'ensemble de cette stratégie a conduit au développement du code de simulation générique 1D/2D/3D académique MBARETE de manière à évaluer les développements théoriques et numériques dans le contexte de configurations pratiques raides issue de plusieurs domaines d'application. L'efficacité algorithmique de la méthode est démontrée par la simulation d'ondes de réaction raides dans le domaine de la dynamique chimique non-linéaire et dans celui de l'ingénierie biomédicale pour la simulation des accidents vasculaires cérébraux caractérisée par un terme source "chimique complexe''. Pour étendre l'approche à des applications plus complexes et plus fortement instationnaires, nous introduisons pour la première fois une technique de séparation d'opérateur avec pas de temps adaptatif qui permet d'atteindre une précision donnée garantie malgré la raideur des EDP. La méthode de résolution adaptative en temps et en espace qui en résulte, étendue au cas convectif, permet une description consistante de problèmes impliquant une très large palette d'échelles de temps et d'espace et des scénarios physiques très différents, que ce soit la propagation des décharges répétitives pulsées nanoseconde dans le domaine des plasmas ou bien l'allumage et la propagation de flammes dans celui de la combustion. L'objectif de la thèse est l'obtention d'un solveur numérique qui permet la résolution des EDP raides avec contrôle de la précision du calcul en se basant sur des outils d'analyse numérique rigoureux, et en utilisant des moyens de calculs standard. Quelques études complémentaires sont aussi présentées comme la parallélisation temporelle, des techniques de parallélisation à mémoire partagée et des outils de caractérisation mathématique des schémas de type séparation d'opérateur.

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Le, Nôtre Yvan. "Etude de la réponse dynamique du Bloc Réacteur soumis à une sollicitation extrême : Co-simulation implicite/explicite multi-échelle en temps pour la dynamique du contact." Electronic Thesis or Diss., Lyon, INSA, 2023. http://www.theses.fr/2023ISAL0055.

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Abstract:

Les centrales nucléaires sont une source de production d'énergie importante en France. Cependant, suite aux différents accidents et aux risques encourus avec cette technologie, la sûreté nucléaire est une préoccupation mondiale. En France, des normes sont imposées continuellement sur les installations nucléaires existantes et sur les prochaines générations en développement. Parmi les nombreux aspects de la sûreté nucléaire, le dimensionnement des structures mécaniques est un sujet important pour les acteurs industriels. L'activité principale de l'entreprise Framatome concerne le dimensionnement et la justification des centrales nucléaires. Celles-ci doivent être conçues pour résister à des conditions extrêmes d'utilisation telles que des séismes, des crashs d'avion ou encore des ruptures de tuyauterie. La modélisation numérique de ce type de chargement passe par des analyses dynamiques temporelles afin de considérer ces phénomènes multi-échelles en temps. Cependant, réaliser ces analyses demande beaucoup de temps CPU et de mémoire. L'objectif de la thèse est le développement d'un nouvel intégrateur hétérogène (différents schémas d'intégration) asynchrone (différents pas de temps), basé sur la méthode de couplage GC, ayant de meilleures propriétés relatives à la conservation énergétique. En effet, les phénomènes multi-échelles en temps présents dans le bloc réacteur sont des cas d'usages favorables aux méthodes multi-échelles en temps, avec un intégrateur explicite pour les zones de contact, comportant une discrétisation temporelle fine, et un intégrateur implicite pour le reste de la structure, discrétisé par des pas de temps plus gros. Un démonstrateur de co-simulation est développé entre les logiciels Code Aster et Europlexus pour se rapprocher d'un développement industriel et ainsi montrer le gain de performance, pour un modèle tridimensionnel de bloc réacteur, apporté par les approches de co-simulation multi-échelles en temps
Nuclear power plants are an important source of energy production in France. However, following the various accidents and risks associated with this technology, nuclear safety is a global concern. In France, standards are continually being imposed on existing nuclear facilities and on the next generations under development. Among the many aspects of nuclear safety, the dimensioning of mechanical structures is an important subject for industrial players. Framatome's core business is the design and justification of nuclear power plants. These must be designed to withstand extreme operating conditions, such as earthquakes, plane crashes or pipe ruptures. Numerical modeling of this type of loading requires dynamic temporal analyses to consider these multi-scale phenomena. However, such analyses are CPU and memory intensive. The aim of this thesis is to develop a new heterogeneous (different integration schemes) and asynchronous (different time steps) integrator, based on the GC coupling method, with improved energy conservation properties. The multi-scale phenomena present in the reactor block are simulated using an explicit integrator with small time steps for the contact zones and an implicit integrator with large time steps for the rest of the structure. A co-simulation demonstrator is developed between the Code Aster and Europlexus software packages in order to get closer to an industrial development and thus demonstrate the performance gain, for a three-dimensional reactor block model, provided by the multi-time-scale co-simulation approaches

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Teurlai, Magali. "Modélisation multi-échelle de la dynamique spatiale de la Dengue : application à la Nouvelle-Calédonie et à la région Pacifique." Thesis, Montpellier 2, 2014. http://www.theses.fr/2014MON20167/document.

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Abstract:

Depuis les années 1970, les pays du Pacifique sont de plus en plus fréquemment touchés par des maladies vectorielles telles que la Dengue, le Chikungunya ou le Zika. Le contrôle de ces maladies nécessite la connaissance de leur distribution spatio-temporelle au sein de la population ainsi que la compréhension des facteurs et mécanismes, souvent multiples, régissant cette distribution. Dans cette thèse, nous nous intéressons à la modélisation spatio-temporelle des déterminants de la dynamique spatiale de la dengue à l'échelle régionale du Pacifique, l'échelle territoriale de la Nouvelle-Calédonie, et l'échelle d'une ville, Nouméa, capitale de la Nouvelle-Calédonie.Dans le Pacifique, la dengue survient sous la forme de vagues épidémiques successives dues à l'introduction et à la diffusion régionale d'un nouveau sérotype tous les cinq à sept ans. En Nouvelle-Calédonie, la dengue présente une dynamique épidémique saisonnière, le sérotype dominant étant celui circulant dans la région. L'émergence d'une épidémie nécessite des conditions climatiques précises, et un indicateur annuel prédictif du risque d'émergence est maintenant utilisé de manière opérationnelle par les autorités de santé. Sur le plan spatial, au cours d'une épidémie, en moyenne, la circulation du virus est plus intense dans les zones où la température moyenne ainsi que les densités locales de population sont élevées. Que ce soit sur le territoire entier ou dans la ville de Nouméa, lors de la ré-émergence d'un même sérotype, la diffusion spatiale du virus paraît limitée par l'immunité de population créée par les épidémies précédentes. Cette thèse permet de mettre en évidence la nature complexe et multi-factorielle des maladies vectorielles, et de souligner l'intérêt d'analyses multi-échelles pour l'étude de leur épidémiologie. Au-delà des résultats obtenus sur la dengue dans la région Pacifique, notre volonté était de développer un cadre méthodologique pour l'analyse spatio-temporelle des données de surveillance épidémiologique applicable à d'autres contextes géographiques ou épidémiologiques
Since the 1970's, the frequency of vector-borne diseases such as Dengue, Chikungunya or Zika has significantly increased in the Pacific region. Understanding the factors and mechanisms underlying the spatio-temporal distribution of these diseases provides useful information regarding their control and prevention. In this thesis, we identified dengue spatio-temporal patterns and used modeling tools to identify the factors associated to an increased epidemiological risk at a regional scale (Pacific), a territorial scale (New-Caledonia), and a city scale (Noumea, the capital of New-Caledonia).Every five to seven years, dengue spreads over the entire Pacific as large epidemics caused by the introduction and regional diffusion of one of the four dengue virus serotypes. In New Caledonia, dengue has a seasonal epidemic pattern. The emergence of an epidemic requires specific climatic conditions. The identification of these conditions led to the implementation of an operational early warning system to predict dengue annual epidemic risk. Spatially, at the territorial scale, during epidemic years, high levels of viral circulation are found in areas with higher mean temperature and higher local population densities. Whether at the territorial scale or at the city scale, the spatial diffusion of the virus during epidemics caused by the re-emergence of the same serotype seems limited by the population immunity created by past epidemics. This thesis highlights the complexity and the multi-factorial aspect of vector-borne diseases, and discusses the usefulness of a multi-scale approach in modelling their epidemiology. Besides enhancing our understanding of dengue epidemiology over the Pacific area, we also developed a methodological framework that can be used in other geographical or epidemiological settings for the spatio-temporal analysis and modeling of epidemiological surveillance data

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Strada, Susanna. "Modélisation multi-échelle des impacts des feux de végétation sur la dynamique et la chimie de l'atmosphère en région méditerranéenne." Phd thesis, Toulouse 3, 2012. http://thesesups.ups-tlse.fr/1567/.

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Abstract:

La région Méditerranéenne est particulièrement vulnérable aux feux des végétation qui représentent une menace croissante pour l'environnement et les populations. Les interactions dynamiques et chimiques entre le feu et l'atmosphère se produisent sur plusieurs échelles temporelles et spatiales et leur étude nécessite donc une modélisation couplée. Le couplage numérique entre le modèle atmosphérique Méso-NH, incluant un schéma de chimie réactionnel, et le modèle de propagation de feu en surface ForeFire a été la base méthodologique pour trois études sur les interactions feu-atmosphère. D'abord, les impacts des feux de végétation sur la dynamique et la chimie atmosphérique ont été caractérisés à l'échelle régionale pour l'incendie de Lançon-de-Provence 2005. L'étude montre l'impact des émissions pyrogéniques sur les concentrations de polluants en surface à plus de 30 km sous le vent du feu et un accroissement de la turbulence atmosphérique. Ensuite, une étude sur la hauteur d'injection des produits des feux de végétation a été réalisée qui compare deux paramétrisations des processus convectifs induits par les incendies. Les deux approches (EDMF et PRM) donnent des résultats similaires sur un feu méditerranéen, mais EDMF sous-estime systématiquement les hauteurs d'injection pour les feux tropicaux quelques soient les conditions environnementales, soulignant les limitations des approches paramétrées dans la détermination des hauteurs d'injection. Enfin, le modèle couplé MésoNH-ForeFire utilisé à très haute résolution sur des cas idéaux et sur des feux réels a montré l'amélioration sur la vitesse de propagation du feu du couplage bi-directionnel feu-atmosphère
The Mediterranean region shows a marked vulnerability to wildfires that are a rising threat to natural ecosystems and population. A coupled modelling approach allows to explore chemical and dynamical interactions between fire and atmosphere that occur at different spatial and temporal scales. The numerical coupling between the atmospheric model Meso-NH, including a chemical reactive scheme, and the fire spread model ForeFire was the methodology applied to address three studies. Firtsly, wildfire impacts on the atmospheric dynamics and chemistry were investigated at regional scale by modelling the Lançon-de-Provence 2005 wildfire. This study shows the impact of pyrogenic emissions on pollutant concentrations spreading at the surface over 30 km downwind of the fire; the atmospheric turbulence triggered by the fire is also reproduced. Secondly, a study about wildfire injection height was carried out to compare two parametrisations that describe convective processes associated with wildfires. The two schemes (EDMF and PRM) give similar results once applied to a Mediterranean fire, whereas EDMF systematically underestimates fire injection heights of tropical fires whatever environnemental conditions are. Hence, this work highlights the limits of parametrisations that predict fire injection heights. Finally, MesoNH-ForeFire was applied at high resolution to simulate idealized case studies and large real wildfires. This work shows the improvement in terms of the fire rate of spread that results from the two-way fire-atmosphere coupling

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Strada, Susanna. "Modélisation multi-échelle des impacts des feux de végétation sur la dynamique et la chimie de l'atmosphère en région Méditerranéenne." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00694356.

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Abstract:

La région Méditerranéenne est particulièrement vulnérable aux feux des végétation qui représentent une menace croissante pour l'environnement et les populations. Les interactions dynamiques et chimiques entre le feu et l'atmosphère se produisent sur plusieurs échelles temporelles et spatiales et leur étude nécessite donc une modélisation couplée. Le couplage numérique entre le modèle atmosphérique Méso-NH, incluant un schéma de chimie réactionnel, et le modèle de propagation de feu en surface ForeFire a été la base méthodologique pour trois études sur les interactions feu-atmosphère. D'abord, les impacts des feux de végétation sur la dynamique et la chimie atmosphérique ont été caractérisés à l'échelle régionale pour l'incendie de Lançon-de-Provence 2005. L'étude montre l'impact des émissions pyrogéniques sur les concentrations de polluants en surface à plus de 30 km sous le vent du feu et un accroissement de la turbulence atmosphérique. Ensuite, une étude sur la hauteur d'injection des produits des feux de végétation a été réalisée qui compare deux paramétrisations des processus convectifs induits par les incendies. Les deux approches (EDMF et PRM) donnent des résultats similaires sur un feu méditerranéen, mais EDMF sous-estime systématiquement les hauteurs d'injection pour les feux tropicaux quelques soient les conditions environnementales, soulignant les limitations des approches paramétrées dans la détermination des hauteurs d'injection. Enfin, le modèle couplé MésoNH-ForeFire utilisé à très haute résolution sur des cas idéaux et sur des feux réels a montré l'amélioration sur la vitesse de propagation du feu du couplage bi-directionnel feu-atmosphère.

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Ouali, Chakib. "Caractérisation multi-échelle de l’écoulement de mousses en milieux poreux en contexte EOR." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2019. http://www.theses.fr/2019SORUS001.

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Abstract:

L’utilisation de la mousse en récupération assistée du pétrole (Enhanced Oil Recovery, EOR) présente un avantage indéniable par rapport à l’injection du gaz seul pour pallier les problèmes de ségrégation gravitaire et de digitations visqueuses. Son utilisation systématique en ingénierie du réservoir nécessite des connaissances plus approfondies sur son comportement en milieu poreux. La littérature montre deux types d’approches expérimentales basées soit sur des études pétrophysiques effectuées sur des systèmes poreux 3D et basées sur des mesures de pressions intégrées sur l’ensemble du milieu poreux, soit sur des études micro-fluidiques qui permettent une visualisation directe de l’écoulement mais qui sont limitées à des systèmes modèles dans des géométries à 1 ou 2 dimensions. L’objectif de cette thèse est de faire le pont entre ces deux approches. La stratégie proposée consiste à caractériser in situ l’écoulement de la mousse dans des milieux poreux 3D à différentes échelles, en utilisant des techniques complémentaires permettant d’accéder à une large gamme de résolutions spatiale et temporelle. Un environnement instrumenté donnant accès aux mesures pétro-physiques classiques a été développé puis couplé à différentes cellules d’observation conçues spécifiquement pour chaque instrument de caractérisation. Dans un premier temps, un scanner X a été utilisé pour décrire et visualiser les écoulements de la mousse à l’échelle de la carotte. La rhéologie de la mousse à cette échelle a pu être étudiée en fonction des conditions d’injections comme la vitesse interstitielle du gaz et la qualité de mousse. Dans un deuxième temps, la technique de diffusion des neutrons aux petits angles (SANS) a permis de sonder la texture de la mousse en écoulement sur trois ordres de grandeurs en taille. Des informations in situ sur la texture de la mousse en écoulement (taille et densité des bulles et des lamelles) ont pu être mesurées pour différentes qualités de mousse puis en fonction de la distance au point d’injection. Une comparaison avec les caractéristiques géométriques du milieu poreux a également été effectuée. Dans un troisième temps, la micro-tomographie X rapide haute résolution sur Synchrotron a été utilisée pour visualiser la mousse en écoulement à l’échelle du pore. Cette technique a permis de confirmer de visu certaines caractéristiques de la mousse mesurées par SANS et de décrire en sus les effets d’intermittence du piégeage de la mousse. Cette étude constitue une étape importante de la caractérisation multi-échelle de l’écoulement des mousses en milieux poreux 3D et apporte des éléments de réponse à certaines hypothèses admises
Foam has long been used as a mobility control agent in Enhanced Oil Recovery (EOR) processes to enhance sweep efficiency and overcome gravity segregation, viscous fingering and gas channeling, which are gas-related problems when the latter is injected alone in the reservoir. However, the systematic use of foam in reservoir engineering requires more in-depth knowledge of its dynamics in porous media. The literature shows two types of experimental approaches based either on petrophysical studies carried out on 3D porous systems and based on pressure measurements, or on microfluidic studies that allow direct visualization of foam flow but are limited to 1D or 2D model systems. The research investigated in this thesis aims to bridge the gap between these two approaches. The proposed strategy is to characterize in situ the foam flow in 3D porous media with techniques providing a wide range of temporal and spatial resolutions. A coreflood setup giving access to classical petro-physical measurements was developed and then coupled to different observation cells designed specifically for each characterization instrument. First, an X-ray CT scanner was used to describe and visualize the foam flow at the core scale. The rheological behavior of foam on this scale was studied as a function of the injection conditions such as gas velocity and foam quality. Secondly, Small Angle Neutron Scattering (SANS) was used to probe the foam structure in situ during the flow, on a wide length scale, up to three orders of magnitude in size. In situ foam texture (size and density of bubbles and lamellae) was measured for different foam qualities and at different propagation distances from the injection point. A comparison to the geometric characteristics of the porous medium was also realized. Thirdly, High Resolution Fast X-ray Micro-tomography on a Synchrotron was used to visualize the foam flow at the pore scale. This allowed to confirm visually some foam characteristics measured with SANS and to investigate on local intermittent gas trapping and mobilization. This study is an important step in the multi-scale characterization of foam flow in 3D porous media and provides some answers to certain generally accepted assumptions

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Martín, Dalmas Joël. "Modélisation multi-échelle du transport du lithium dans des électrolytes Li-ion solides et hybrides et leurs interfaces." Electronic Thesis or Diss., Université Grenoble Alpes, 2023. http://www.theses.fr/2023GRALY098.

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Abstract:

Les électrolytes solides hybrides (HSE) offrent une alternative prometteuse aux électrolytes liquides classiques dans les batteries Li-ion. Ils intègrent des charges céramiques, souvent sous forme de nanoparticules, dans les électrolytes polymères pour résoudre le principal défi des électrolytes polymères solides (SPE) : leur conductivité réduite par rapport aux alternatives telles que les électrolytes liquides ou céramiques. Cependant, l'impact de l'ajout de charges céramiques aux SPE purs reste incertain. La littérature présente deux ensembles de résultats distincts. Le premier, provenant principalement de recherches expérimentales menées il y a deux décennies, préconise une nette amélioration de la conductivité des SPE grâce à l'intégration de charges céramiques passives telles que la silice ou l'alumine, à diverses concentrations et températures. En revanche, une perspective opposée met en évidence des résultats défavorables des céramiques sur la mobilité ionique au sein des SPE, en particulier lorsque le polymère est à l'état amorphe.Cette thèse vise à répondre à la question cruciale : l'inclusion de nanoparticules céramiques dans les électrolytes polymères solides améliore-t-elle ou entrave-t-elle la mobilité ionique ? Nous utilisons des simulations de dynamique moléculaire pour analyser deux systèmes hybrides composés de Polyéthylène Oxide (PEO) comme polymère, LiTFSI comme sel de lithium, et de silice ou d'alumine comme composants céramiques. Nos simulations explorent les comportements dynamiques et les interactions de ces matériaux sur des échelles de temps prolongées, jusqu'à plusieurs dizaines de nanosecondes, avec le champ de force OPLS-AA. Les paramètres du champ de force sont soigneusement examinés à partir de diverses sources littéraires, chacune ayant été validée individuellement par comparaison avec des données expérimentales.Nous analysons leurs propriétés structurales, examinant leur corrélation avec le comportement dynamique des ions. Cette analyse fournit un compte rendu détaillé des variations dans la dynamique du système. Nos résultats montrent une grande précision en reproduisant le comportement dépendant de la température observé dans les études expérimentales des SPE purs. De plus, nos simulations reproduisent fidèlement les mécanismes de solvatation du sel dans le PEO, validant ainsi nos conclusions pour les SPE purs.Nos résultats concernant l'utilisation de nanoparticules de silice révèlent une réduction substantielle de la conductivité, indépendamment de la concentration ionique. Cette réduction peut en grande partie s'expliquer par l'équation de diffusion, car l'espace occupé par les nanoparticules devient inactif et incapable de soutenir la diffusion ionique, perturbant le mouvement des ions. Nous identifions deux régimes de concentration : un au-dessus et un en dessous d'une concentration seuil de 2 mol/L, correspondant au point de conductivité maximale. Ces régimes présentent des distributions ioniques contrastées et des propriétés de coordination parmi les espèces. Dans le régime de faible concentration, les ions lithium sont principalement couplés aux atomes d'oxygène du PEO, conduisant à sa saturation à 2 mol/L. Dans le second régime, l'excès d'ions lithium interagit avec les anions TFSI, influençant les interactions entre les autres ions du système.L'absence d'amélioration de la conductivité dans nos simulations concorde avec les mesures expérimentales récentes, à l'inverse des rapports antérieurs sur les électrolytes hybrides céramique/polyéthylène-oxyde. Des résultats similaires sont observés dans nos simulations pour les nanoparticules d'alumine. Même avec des paramètres de champ de force modifiés, nos simulations indiquent constamment une réduction de la conductivité lors de l'ajout de nanoparticules d'alumine
Hybrid Solid Electrolytes (HSEs) offer a promising alternative to conventional liquid electrolytes in the field of Li-ion batteries. These HSEs incorporate ceramic fillers, typically in nanoparticle form, into polymeric electrolytes. This integration aims to address the primary challenge encountered by Solid Polymeric Electrolytes (SPEs): their lower conductivity when compared to alternatives such as liquid or ceramic electrolytes. However, it remains uncertain whether the addition of ceramic fillers to pure SPEs yields a positive impact. The literature presents two distinct sets of findings. The first, stemming from early experimental research conducted two decades ago, advocates a significant improvement in SPE conductivity through the incorporation of passive ceramic fillers such as silica or alumina across various concentrations and temperatures. Conversely, an opposing perspective has emerged, highlighting outcomes that demonstrate an adverse effect of ceramics on the ionic mobility within SPEs, particularly when the polymer is in its amorphous phase.The ongoing debate in this field calls for a needed clarification. In this thesis, we seek to provide answers to a critical question: Does the inclusion of ceramic nanoparticles in Solid Polymeric Electrolytes enhance or impede ion mobility? To address this inquiry, we employ molecular dynamics simulation techniques to analyze two hybrid systems comprised of Polyethylene Oxide (PEO) as the polymer, LiTFSI as the lithium salt, and either silica or alumina as the ceramic components. Our approach involves classical molecular dynamics simulations using the OPLS-AA force field, enabling us to explore the dynamic behaviors and interactions of these materials over extended time scales, typically spanning tenths of nanoseconds. The force field parameters are examinated from various literature sources, each having undergone individual validation through comparisons with experimental data.We carried out an analysis of their structural properties, closely examining their correlation with the dynamic behavior of ions. This analysis provides a detailed account of the shifts in the system's dynamics.Our results demonstrate a high precision in replicating the temperature-dependent behavior observed in experimental studies of pure SPEs. Moreover, our simulations reproduce the solvation mechanisms of the salt on PEO, serving as a robust validation of our findings for pure SPEs.Our findings concerning the use of silica nanoparticles reveal a substantial reduction in conductivity upon their addition, regardless of the ionic concentration. Most of this reduction can be accounted for by the diffusion equation, resulting from the fact that the space occupied by the nanoparticles is made inactive and unable to sustain ionic diffusion, interupting the movement of the ions. We identify two distinct concentration regimes: one above and one below a threshold concentration of 2 mol/L, which coincides with the point of maximum conductivity. These regimes exhibit contrasting ionic distributions and coordination properties among species. In the low-concentration regime, lithium ions are predominantly coupled to oxygen atoms within the PEO, leading to its saturation at 2 mol/L. In the second regime, the surplus of lithium ions interacts with TFSI anions, influencing interactions among other ions in the system.The absence of conductivity enhancement observed in our simulations aligns with recent experimental measurements, contrary to earlier reports on hybrid ceramic/polyethylene-oxide electrolytes. Similar outcomes are evident in our results for alumina nanoparticles. In the specific case of alumina nanoparticles, we explored the utilization of a new set of force field parameters, resulting in significant alterations in the internal organization of the electrolyte. Despite these variations, our simulations consistently indicate a reduction in conductivity upon the addition of alumina nanoparticles

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Lechner, Christoph. "Modélisation multi-échelle de l'insertion du 3H et du 36Cl dans les graphites UNGG." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLX014/document.

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Abstract:

Au cours des prochaines années, neuf centrales nucléaires de type UNGG (Uranium Naturel Graphite Gaz) devront être démantelées en France. Ces centrales utilisent le graphite comme modérateur et réflecteur de neutrons. Pendant leur exploitation, celui-ci est activé. Leur démantèlement conduira à 23000 tonnes de déchets de graphite irradiés à gérer. Ce travail focalise sur deux radionucléides contenus dans ces déchets : le 36Cl et le 3H. Le 36Cl a l'une des demi-vies les plus longues (301 000 ans). Par contre, le 3H a une demi-vie plus courte (12 ans), mais contribue beaucoup à l'activité initiale des déchets. Différentes données expérimentales suggèrent que le 36Cl et le 3H sont piégés à différents endroits du graphite, comme les boucles de dislocation, les surfaces ou les joints de grains. Le seul mécanisme de migration des radionucléides est le relâchement. Pour cette raison, il est important de comprendre quels sont les pièges et les différentes conditions du relâchement.Le graphite UNGG a une structure complexe, hétérogène et multi-échelle qui diffère du monocristal idéal du graphite. Cependant, pour comprendre les données macroscopiques, les études théoriques à l'échelle nanoscopique et microscopique sont des outils importants, même si elles reposent sur des modèles plus simples. Dans cette thèse, une approche multi-échelle a été utilisée afin d’étudier les interactions des radionucléides avec le graphite ainsi que les mécanismes de diffusion et de piégeage à l'échelle du nm-μm.Les interactions du 3H et du 36Cl avec différents défauts du graphite ont été étudiées dans le cadre de la théorie fonctionnelle de la densité (DFT). L'hydrogène forme une liaison covalente avec le graphite massique ainsi qu'avec ses surfaces (001), (100) et (110). Plusieurs reconstructions de surface ont été explorées. Les résultats montrent que les hypothèses existantes sur le piégeage de l'hydrogène doivent être affinées. Le comportement du Cl est plus complexe. Sa chimisorption est observée sur les surfaces (100) et (110). Cependant, sur la surface (001), le Cl interagit par transfert de charge. Le Cl2 n'interagit que par interactions de van der Waals avec celle-ci. Le Cl2 se dissocie dans le graphite massique.Les diffusions du H et du Cl dans le graphite irradié ont été étudiées en effectuant des simulations de dynamique moléculaire. Les résultats ab initio ont été utilisés pour développer des potentiels de type « bond order » afin de modéliser l'interaction des radionucléides avec la matrice de graphite, qui possède des contributions à court et à long portée. Pour le Cl, un nouveau potentiel a été paramétré qui reproduit toutes les données obtenues au niveau DFT. Pour les interactions 3H-graphite, les potentiels AIREBO/M, pour les interactions C-H, et LCBOP, pour les interactions C-C, ont été utilisés.Pour évaluer l'influence de la structure complexe du graphite UNGG sur le comportement des radionucléides, plusieurs modèles atomiques ont été utilisés pour rendre compte de cette diversité, tels que les surfaces, les joints de grains et les nanopores.Pour le Cl, des simulations d'irradiation ont été réalisées pour une gamme d’énergie allant de 1 à 10 keV et une gamme de température de 200 à 500ºC. Les dépendances à la température et à la direction d'irradiation ont été étudiées. D’une façon générale, les dommages causés par l'irradiation perpendiculaire aux surfaces augmentent avec la température. L'irradiation à des angles d’incidence <90º aux surfaces peut causer plus ou moins de dommages par rapport à l'irradiation perpendiculaire selon le type de surface.Les diffusions du H et du Cl montrent que tous les bords de cristallites avec des liaisons pendantes sont des pièges. Pour le Cl, la diffusion dans le graphite nanoporeux a révélé deux emplacements préférés: les bords des cristallites où le Cl forme une liaison covalente et les coins des microfissures où le Cl interagit par transfert de charge
In the upcoming years, nine nuclear UNGG (Uranium Naturel Graphite Gaz) power plants will have to be dismantled in France. In these power plants, nuclear graphite was used as a neutron moderator and reflector, and was activated during operation. The dismantlement will lead to 23000 tons of irradiated graphite waste, which will have to be managed. The graphite is classified as a nuclear waste containing radionuclides with low activity and long half-life. Two radionuclides are the focus of this work: 36Cl and 3H. 36Cl has one of the longest half-lives (about 301000 years) among the waste's radionuclides. 3H has a shorter half-life (12 years), but contributes significantly to the waste’s initial activity. Previous experiments suggest that both, 36Cl and 3H, are mainly fixed at different traps in graphite, which are defective structures, such as dislocation loops, surfaces, or grain boundaries. Since the only significant migration mechanism of these radionuclides is release, it is important to understand where the traps are located and the conditions of the release.UNGG graphite has a complex heterogeneous multi-scale structure which differs substantially from an ideal monocrystal of graphite. However, in order to understand macroscopic data, theoretical studies at the nano- and microscopic scale are an important tool to explain underlying phenomena even though they rely on simpler models due to the limitations of computation power. A multi-scale approach was therefore applied to study the local interactions of the radionuclides with graphite as well as diffusion and trapping mechanisms on the nm-μm length scale.First, the interaction of 3H and 36Cl with defects in graphite was studied with density functional theory (DFT). Hydrogen interacts covalently with bulk graphite as well as with the studied surfaces (001), (100), and (110). Several surface reconstructions were investigated: arch-type reconstructions and in-plane reconstructions. The results show that the existing hypothesis on the trapping of hydrogen needs to be refined. The behavior of Cl is more complex. On the (100) and (110) surface chemisorption is observed. However, on the (001) surface a strong charge transfer interaction is observed for Cl. In contrast to that, Cl2 only interacts via weak van der Waals interactions with this surface. In bulk graphite Cl2 dissociates.The diffusion of H and Cl in irradiated graphite has been investigated by performing molecuar dynamics simulations. The ab initio results were used to develop bond order potentials to model the interaction of radionuclides and the graphite matrix, which attributes for short and long range interactions. For Cl, a new potential has been parameterized which is able to describe all aspects obtained with DFT. For the 3H-graphite interactions, the bond order potential AIREBO/M was used for C-H interactions. For C-C interactions the LCBOP potential was used.To evaluate the influence of the complex heterogeneous structure of the UNGG graphite on the radionuclide's behavior, several different atomic models were studied to account for this diversity such as surfaces, grain boundaries and nanopores.For Cl, irradiation simulations of different systems were performed up to an energy of 10 keV for the primary knock-on atom (PKA), and in a temperature range of 200 to 500ºC. The dependence on temperature and irradiation direction was investigated. In general, direct irradiation damage increases with temperature. Irradiation at incident angles <90º can create more or less damage compared to the perpendicular one depending on the surface type.Diffusion of H and Cl along surfaces shows that all crystallite edges with dangling bonds can serve as traps. For Cl, diffusion in nanoporous graphite revealed two preferred locations : First, the crystallite edges where Cl forms strong covalent; second, the corners of microcracks where Cl interacts via charge transfer

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Marrec, Ronan. "Étude multi-échelle des déterminants des patrons de structuration et de dynamique spatiale de populations de coléoptères carabiques dans les agroécosystèmes." Thesis, Poitiers, 2014. http://www.theses.fr/2014POIT2302/document.

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Abstract:

Dans ce travail de thèse nous avons cherché à déterminer (i) les facteurs structurants des populations des carabiques dominants dans les paysages agricoles et (ii) leur(s) échelle(s) spatiale(s) et temporelle(s) d'influence, afin d'inférer des processus individuels et populationnels impliqués dans le maintien des espèces, en réponse à l'hétérogénéité spatiotemporelle des agroécosystèmes. Notre étude a été réalisée dans trois régions agricoles de l'ouest de la France, contrastées selon leur degré d'intensification agricole, en utilisant des échantillonnages basés sur des pots-pièges et des tentes à émergence et réalisés à plusieurs périodes de l'année.Une des principales originalités de ce travail est d'avoir caractérisé les agroécosystèmes à différentes échelles, tant (i) spatiales : le patch d'habitat, le paysage, la région ; que (ii) temporelles, en considérant à la fois l'environnement présent et celui de l'année précédente. De plus, nous avons essentiellement caractérisé l'influence de la dynamique des habitats sur les dynamiques de distribution et d'abondance et la dispersion des populations de carabiques.Notre étude a abouti à trois résultats majeurs. (1) La dynamique spatiale des espèces de carabiques étudiées est fortement influencée par les types d'habitats et leur instabilité temporelle à différentes échelles spatiales. Nous avons en effet mis en avant l'importance de l'hétérogénéité temporelle des paysages agricoles sur la dynamique spatiale des populations carabiques utilisant la matrice agricole. (2) La dispersion et les mouvements entre parcelles sont une condition importante du succès de ces espèces dans les paysages agricoles et semblent être principalement induits par les rotations de cultures. (3) Du fait de grandes tailles de populations et d'une dispersion efficace importante, la structuration spatiale et génétique des populations reste faible à l'échelle des paysages agricoles
Carabid beetles (Coleoptera: Carabidae) play an important role in agriculture as natural enemies of pests. The development and application of practical techniques for managing their populations is a central challenge for sustainable agriculture and depends on detailed knowledge of the ecology of individual species. However, this information is relatively scant for even the most common species of interest in agricultural landscapes. Both agricultural practices and landscape structure have been shown to affect carabid distribution and abundance. In particular, crop rotation and associated mechanical practices affect arthropod abundance either directly, through mortality and emigration, or indirectly, by affecting local microhabitat conditions. Consequently, distribution shifts are expected to occur in response to the temporal instability of annual crops.The aim of this study was to determine (i) factors which structure populations of dominant carabid beetles over agricultural landscapes and (ii) their spatial and temporal scales of influence, in order to infer individual and population processes involved in species maintain, in response to agroecosystems' spatiotemporal heterogeneity. Surveys were conducted in three agricultural areas of western France contrasted in their degree of agricultural intensification, using both pitfall and emergence traps located within fields of the dominant crops and their immediate environment (field margins). At the field scale, we found that: (i) the studied carabid species used crop and non-crop habitats differently during the reproductive period and while overwintering and exhibited different strategies of habitat use; (ii) carabids were more active-abundant within oilseed rape fields than in other types of habitats; (iii) important distribution shifts were observed among habitat patches depending on habitat type and season.At the landscape scale, we found that: (i) landscape composition in both the current and previous years influenced carabid activity-density and distribution at different spatial scales; (ii) non-monotonous landscape effects on carabids were observed, which indicate the importance of considering contrasted landscapes to correctly explore the effect of landscape variables; (iii) Poecilus cupreus populations were structured spatially and genetically at very large spatial scales; (iv) male-biased dispersal was suggested in this species.Overall, results suggest that inter-field movements and active habitat selection rather than differences in survival rates determine distribution and abundance dynamics of dominant carabid species in agricultural landscapes. In addition, data suggest that redistributions mainly occur before overwintering likely in response to autumn cultural practices. High dispersal abilities are key traits for species maintain in highly instable environments, such as agricultural landscapes, and are highly selected in carabid species communities

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Jolivet, Morgane. "Morphologie et dynamique des littoraux sableux de Guyane soumis à l’influence de bancs de vase amazoniens : analyse expérimentale et multi-échelle, du court terme au multi-décennal." Thesis, Guyane, 2019. http://www.theses.fr/2019YANE0014.

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Abstract:

Cette thèse s’est employée à décrire et comprendre les trajectoires d’évolution morphologique des littoraux sablo-vaseux de Guyane, soumis à des influences multiples et des processus méso-échelle à infra-journaliers. L’étude long-terme de l’évolution du trait de côte (1950-2017), basée sur des images aériennes à haute résolution (50 cm), a permis décrire la trame de construction, par alternance de dépôts de sédiments vaseux et de cheniers, de la plaine côtière des Guyanes. A plus fine échelle, cette thèse s’appuie sur une approche de terrain, avec une série de données morphologiques et hydrodynamiques récoltées entre 2017 et 2019. Ce suivi diachronique de la morphologie des plages a été réalisé par photogrammétrie conjuguée à des relevés bathymétriques saisonniers. Les courants, vagues et marées ont également été enregistrés lors de campagnes hydrodynamiques. L’étude de la réponse morphologique aux forçages instantanés, a permis de souligner l’importance de la marée dans le transport sédimentaire de ces plages, combinant à la fois une terrasse de basse mer extrêmement dissipative et un haut de plage réflectif à marée haute. L’étude multi-décennale et les observations de terrain ont aussi permis d’avancer les preuves d’une généralisation d’un modèle de rotation des plages. Ces conditions, conjuguées à la disponibilité de sable provenant des cheniers ou des apports estuariens locaux, définissent ces plages sableuses comme des zones à forte variabilité mais à bilan sédimentaire stable. Les tentatives de fixer ce littoral à forte variabilité posent question, créant un fractionnement en micro-cellules qui limite la mobilité intrinsèque du stock sableux nécessaire à l’équilibre de la plage
This thesis aims to describe and understand the morphological evolutionary of gyanese sandy-muddy coasts, under multiple influences, encompassing mesoscale to infra-daily processes. The long-term study of coastline evolution (1950-2017), based on high-resolution (50 cm) aerial images, made it possible to accurately observe and describe the structure "in thousand-sheets" of the coastal plain of the Guianas, which is made up from alternating deposits of muddy sediments and cheniers. On a smaller scale, this thesis relies on a field study, during which morphological and hydrodynamic data was collected between 2017 and 2019. A diachronic survey of beach morphology was employed using photogrammetry combined with seasonal bathymetric surveys. Currents, waves and tides have beeen recorded during specific hydrodynamic campaigns. On the morphological response to instantaneous forcing, the study of morphodynamics allowed us to underline the importance of tides in sedimentary transport and the functioning of beaches, combining both an extremely dissipative low-water terrace and a highly reflective beach-top at high tide. The multi-decadal study and the field observations also allowed to advance the evidence of the generalization of the beach rotation model. These conditions, combined with the availability of sand from the re-mobilization of cheniers or local estuarine inputs, define these sandy beaches as zones with high variability but with a stable sediment balance subjected to a winging of the sandy material. Attempts to fix in place a highly variable coastline creates a disruption in the form of micro littoral cells that limits the intrinsic mobility of the sandy sediment necessary for the balance of the beaches during the alternation of bank and interbank periods

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Ouali, Chakib. "Caractérisation multi-échelle de l’écoulement de mousses en milieux poreux en contexte EOR." Thesis, Sorbonne université, 2019. http://www.theses.fr/2019SORUS001/document.

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Abstract:

L’utilisation de la mousse en récupération assistée du pétrole (Enhanced Oil Recovery, EOR) présente un avantage indéniable par rapport à l’injection du gaz seul pour pallier les problèmes de ségrégation gravitaire et de digitations visqueuses. Son utilisation systématique en ingénierie du réservoir nécessite des connaissances plus approfondies sur son comportement en milieu poreux. La littérature montre deux types d’approches expérimentales basées soit sur des études pétrophysiques effectuées sur des systèmes poreux 3D et basées sur des mesures de pressions intégrées sur l’ensemble du milieu poreux, soit sur des études micro-fluidiques qui permettent une visualisation directe de l’écoulement mais qui sont limitées à des systèmes modèles dans des géométries à 1 ou 2 dimensions. L’objectif de cette thèse est de faire le pont entre ces deux approches. La stratégie proposée consiste à caractériser in situ l’écoulement de la mousse dans des milieux poreux 3D à différentes échelles, en utilisant des techniques complémentaires permettant d’accéder à une large gamme de résolutions spatiale et temporelle. Un environnement instrumenté donnant accès aux mesures pétro-physiques classiques a été développé puis couplé à différentes cellules d’observation conçues spécifiquement pour chaque instrument de caractérisation. Dans un premier temps, un scanner X a été utilisé pour décrire et visualiser les écoulements de la mousse à l’échelle de la carotte. La rhéologie de la mousse à cette échelle a pu être étudiée en fonction des conditions d’injections comme la vitesse interstitielle du gaz et la qualité de mousse. Dans un deuxième temps, la technique de diffusion des neutrons aux petits angles (SANS) a permis de sonder la texture de la mousse en écoulement sur trois ordres de grandeurs en taille. Des informations in situ sur la texture de la mousse en écoulement (taille et densité des bulles et des lamelles) ont pu être mesurées pour différentes qualités de mousse puis en fonction de la distance au point d’injection. Une comparaison avec les caractéristiques géométriques du milieu poreux a également été effectuée. Dans un troisième temps, la micro-tomographie X rapide haute résolution sur Synchrotron a été utilisée pour visualiser la mousse en écoulement à l’échelle du pore. Cette technique a permis de confirmer de visu certaines caractéristiques de la mousse mesurées par SANS et de décrire en sus les effets d’intermittence du piégeage de la mousse. Cette étude constitue une étape importante de la caractérisation multi-échelle de l’écoulement des mousses en milieux poreux 3D et apporte des éléments de réponse à certaines hypothèses admises
Foam has long been used as a mobility control agent in Enhanced Oil Recovery (EOR) processes to enhance sweep efficiency and overcome gravity segregation, viscous fingering and gas channeling, which are gas-related problems when the latter is injected alone in the reservoir. However, the systematic use of foam in reservoir engineering requires more in-depth knowledge of its dynamics in porous media. The literature shows two types of experimental approaches based either on petrophysical studies carried out on 3D porous systems and based on pressure measurements, or on microfluidic studies that allow direct visualization of foam flow but are limited to 1D or 2D model systems. The research investigated in this thesis aims to bridge the gap between these two approaches. The proposed strategy is to characterize in situ the foam flow in 3D porous media with techniques providing a wide range of temporal and spatial resolutions. A coreflood setup giving access to classical petro-physical measurements was developed and then coupled to different observation cells designed specifically for each characterization instrument. First, an X-ray CT scanner was used to describe and visualize the foam flow at the core scale. The rheological behavior of foam on this scale was studied as a function of the injection conditions such as gas velocity and foam quality. Secondly, Small Angle Neutron Scattering (SANS) was used to probe the foam structure in situ during the flow, on a wide length scale, up to three orders of magnitude in size. In situ foam texture (size and density of bubbles and lamellae) was measured for different foam qualities and at different propagation distances from the injection point. A comparison to the geometric characteristics of the porous medium was also realized. Thirdly, High Resolution Fast X-ray Micro-tomography on a Synchrotron was used to visualize the foam flow at the pore scale. This allowed to confirm visually some foam characteristics measured with SANS and to investigate on local intermittent gas trapping and mobilization. This study is an important step in the multi-scale characterization of foam flow in 3D porous media and provides some answers to certain generally accepted assumptions

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Anoukou, Kokou. "Modélisation multi-échelle du comportement mécanique de nanocomposites polymères à renforts d’argile de type montmorillonite : approche micromécanique et simulation de dynamique moléculaire." Thesis, Lille 1, 2012. http://www.theses.fr/2012LIL10139/document.

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Abstract:

Les nanocomposites à matrice polymère et à renforts d’argile ont pris une grande importance au cours de ces deux dernières décennies. Ceci trouve son explication d’une part, dans la grande disponibilité et le faible coût de production de la phase renforçante, et d’autre part dans les remarquables améliorations de propriétés physiques et mécaniques. Ces améliorations sont observées même à de très faibles quantités de renforts comparées à celles de leurs homologues microcomposites. Le développement de ces nouveaux matériaux suscite un fort engouement tant au niveau de la recherche académique qu’industrielle. Cependant, les mécanismes responsables de ces améliorations de propriétés demeurent mal compris et restent l’une des principales préoccupations des chercheurs. Il s’agit dans ce travail de thèse, d’apporter une contribution à la compréhension et à la mise au point d’outils prédictifs du comportement mécanique de nanocomposites polymères à renforts d’argile de type montmorillonite. Pour y parvenir, deux approches de modélisation sont utilisées : la micromécanique des matériaux hétérogènes et la simulation de dynamique moléculaire. Du point de vue analytique, un modèle micromécanique basé sur l’approche auto-cohérente est développé. Le modèle proposé est validé par nos données expérimentales et celles issues de la littérature. Un protocole de simulation de dynamique moléculaire est proposé pour la modélisation à l’échelle atomique de ces nanomatériaux. Cette approche nous a permis, entre autres, de faire la lumière sur les interactions moléculaires entre les différents constituants, et de déterminer les propriétés élastiques effectives du nanocomposite
Polymer nanocomposites reinforced with clay minerals have attracted a great consideration during the last two decades. That can be explained, firstly, by the availability and the reduced production cost of the reinforcing phase, and secondly, by the remarkable improvements in physical and mechanical properties. These improvements are observed even at very low amounts of reinforcements compared to their microcomposite counterparts. The development of these new materials creates a keen interest both in academic and industrial research. However, the mechanisms responsible of these property improvements are still poorly understood and remain a major concern of researchers. This work contributes to the understanding and to the development of predictive tools of the mechanical behavior of polymer nanocomposites reinforced with montmorillonite clay using two modeling approaches: the micromechanics of heterogeneous materials and the molecular dynamics simulation. An analytical micromechanical model based on the self-consistent approach is developed. The proposed model is validated by our experimental data and those from the literature. A new molecular dynamics simulation protocol is proposed for the modeling of these nanomaterials at the nanometric scale. This approach has allowed us, inter alia, to get insight into the molecular interactions between the different components and to determine the effective elastic properties of the nanocomposite

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Fekak, Fatima-Ezzahra. "Étude de la réponse dynamique des ponts roulants soumis à des chocs multiples pendant un séisme : Co-simulation implicite / explicite multi-échelle en temps pour la dynamique du contact." Thesis, Lyon, 2017. http://www.theses.fr/2017LYSEI037/document.

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Abstract:

Les ponts roulants sont des engins de levage situés en haut des bâtiments qu'ils équipent. Ils servent à manutentionner des charges très lourdes et parfois critiques. Pendant un séisme, un pont roulant est exposé à des chocs multiples. Ces impacts peuvent causer des dommages importants dans la structure pouvant conduire à une chute de la charge manutentionnée ou du pont roulant lui-même. Donc, la vérification de la tenue des ponts roulants au séisme est une question primordiale. Actuellement, cette vérification est basée sur des méthodes de calcul statiques. Ces méthodes font l'hypothèse d'un comportement purement linéaire des ponts roulants ce qui les rend très conservatives. Depuis quelques années les niveaux sismiques imposés par les autorités nationales augmentent chaque année, et les constructeurs de ponts roulants se trouvent dans l'incapacité de construire à partir des efforts sur-estimés fournis par les méthodes statiques. L'objectif de la thèse est l'étude de la réponse dynamique d'un pont roulant pendant un séisme en prenant en compte les non-linéarités géométriques et matériau. Afin de modéliser ces phénomènes, une analyse dynamique temporelle avec une approche multi-échelle en temps est adoptée. Pour prendre en compte l'aspect haute fréquence des chocs, un intégrateur temporel variationnel explicite, basé sur la méthode des multiplicateurs de Lagrange et dédié au contact/impact, est développé. Ensuite, un intégrateur hétérogène (différents schémas d'intégration) asynchrone (différents pas de temps), basé sur la méthode de couplage GC, est appliqué au problème du pont roulant. Cette stratégie multi-échelle en temps permet d'adapter le schéma d'intégration et le pas de temps au sous domaine considéré. Par conséquent, l'intégrateur explicite est adopté dans les zones de contact et un schéma implicite de type accélération moyenne, est adopté dans le reste de la structure. Finalement, un démonstrateur de co-simulation entre les logiciels Cast3M et Europlexus est mis en place pour montrer le gain très significatif en temps de calcul dans le cas d'un modèle élément finis tridimensionnel d'un pont roulant industriel
Bridge cranes are hoisting appliances located overhead in buildings. They are used to handle very heavy and sometimes critical loads. During an earthquake, a bridge crane may be subjected to multiple impacts between wheels and rails. These impacts can cause significant damage to the structure leading to a fall of the handled load or the bridge crane itself. Therefore, the qualification of such equipment, subjected to an earthquake, is very important. Currently, this qualification is based on static methods. These methods assume a purely linear behavior of the bridge cranes, which leads to a very conservative forces. Consequently, the bridge cranes manufacturers are sometimes unable to design the equipement from the over-estimated efforts provided by the static methods. The aim of this work is to study the dynamic response of a bridge crane during an earthquake by taking into account the geometric and material non-linearities. In order to model such phenomena, a time-history dynamic analysis with a multi-scale approach is performed. To take into account the high frequency aspect of the impacts between wheels and rails, a Lagrange explicit contact/impact time integrator is proposed. This work has also led to the development of an explicit–implicit HATI (Heterogeneous Asynchronous Time Integrator) for contact/impact dynamics. This method allows us to adopt an explicit contact/impact time integrator in the contact area and an implicit time integrator with a coarse mesh in the rest of the domain. Finally, a co-simulation demonstrator between Cast3M and Europlexus softwares is set up to show the very significant gain in computation time for a three-dimensional finite element model of an industrial bridge crane

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Zhou, Changwei. "Approche couplée propagative et modale pour l'analyse multi-échelle des structures périodiques." Thesis, Ecully, Ecole centrale de Lyon, 2014. http://www.theses.fr/2014ECDL0040/document.

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Abstract:

La dynamique d’une structure peut être vue aussi bien en termes de modes (ondes stationnaires) qu’en termes d’ondes élastiques libres. Les approches modales sont largement utilisées en mécanique et de nombreuses techniques de réduction de modèles (Model Order Reduction - MOR) ont été développées dans ce cadre. Quant à la dynamique des structures périodiques, les approches propagatives sont majoritairement utilisées, où la périodicité est exploitée en utilisant la théorie de Bloch. Pour les structures périodiques complexes, plusieurs techniques MOR sur la base d’onde ont été proposées dans la littérature. Dans ce travail, une approche couplée propagative et modale a été développée pour étudier la propagation des ondes dans les structures périodiques. Cette approche commence par la description modale d’une cellule unitaire (échelle mésoscopique) en utilisant la synthèse modale (Component Mode Synthesis - CMS). Par la suite, la méthode propagative - Wave Finite Element Method (WFEM) est appliquée sur la structure (échelle macroscopique). Cette méthode est nommée “CWFEM” pour CondensedWave Finite Element Method. Elle combine les avantages de la CMS et WFEM. La CMS permet d’analyser le comportement local d’en extraire une base réduite. La WFEM exploite la périodicité de la structure d’en extraire les paramètres de propagation. Ainsi, l’analyse de la propagation des ondes dans la structure à l’échelle macroscopique peut être réalisée en prenant en compte l’échelle mésoscopique. L’efficacité de la CWFEM est illustrée par de nombreuse applications aux structures périodiques monodimensionnelle (1D) et bidimensionnelle (2D). Le critère de réduction optimale assurant la convergence est discuté. Les caractéristiques de propagation dans les structures périodiques sont identifiées: bande passante, bande interdite, la directivité marquée (wave beaming effects), courbe de dispersion, band structure, surface des lenteurs... Ces propriétés peuvent répondre au besoin de conception des barrières vibroacoustiques, pièges à ondes. La CWFEM est ensuite appliquée pour étudier la propagation des ondes dans des plaques perforées et plaques raidies. Une méthode d’homogénéisation pour déterminer le modèle équivalent de la plaque perforée est proposée. Les comportements à haute fréquence tels que la directivité marquée sont également prédits par CWFEM. Trois modèles de plaques avec perforations différentes sont étudiées dans ce travail. Une validation expérimentale est effectuée sur deux plaques. Pour la plaque raidie, l’influence des modes internes sur la propagation globale est discutée. La densité modale est estimée, en moyenne et haute fréquences, pour une plaque raidie finie, où une bonne corrélation est obtenue en comparant les résultats à l’issue des analyses modales
Structural dynamics can be described in terms of structural modes as well as elastic wave motions. The mode-based methods are widely applied in mechanical engineering and numerous model order reduction (MOR) techniques have been developed. When it comes to the study of periodic structures, wave description is mostly adopted where periodicity is fully exploited based on the Bloch theory. For complex periodic structures, several MOR techniques conducted on wave basis have been proposed in the literature. In this work, a wave and modal coupled approach is developed to study the wave propagation in periodic structures. The approach begins with the modal description of a unit cell (mesoscopic scale) using Component Mode Synthesis (CMS). Subsequently, the wave-based method -Wave Finite Element Method (WFEM) is applied to the structure (macroscopic scale). The method is referred as “CWFEM” for Condensed Wave Finite Element Method. It combines the advantages of CMS and WFEM. CMS enables to analyse the local behaviour of the unit cell using a reduced modal basis. On the other hand, WFEM exploits fully the periodic propriety of the structure and extracts directly the propagation parameters. Thus the analysis of the wave propagation in the macroscopic scale waveguides can be carried out considering the mesoscopic scale behaviour. The effectiveness of CWFEM is illustrated via several one-dimensional (1D) periodic structures and two-dimensional (2D) periodic structures. The criterion of the optimal reduction to ensure the convergence is discussed. Typical wave propagation characteristics in periodic structures are identified, such as pass bands, stop bands, wave beaming effects, dispersion relation, band structure and slowness surfaces...Their proprieties can be applied as vibroacoustics barriers, wave filters. CWFEM is subsequently applied to study wave propagation characteristics in perforated plates and stiffened plate. A homogenization method to find the equivalent model of perforated plate is proposed. The high frequency behaviours such as wave beaming effect are also predicted by CWFEM. Three plate models with different perforations are studied. Experimental validation is conducted on two plates. For the stiffened plate, the influence of internal modes on propagation is discussed. The modal density in the mid- and high- frequency range is estimated for a finite stiffened plate, where good correlation is obtained compared to the mode count from modal analysis

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Vu, Van Huyen. "Modélisation hybride et multi-échelle pour la simulation des écoulements et des transferts thermiques dans les micro-canaux." Thesis, Paris Est, 2016. http://www.theses.fr/2016PESC1163/document.

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Abstract:

L'objectif de cette thèse est de mettre en œuvre une description multi-échelle adaptée aux écoulements de fluides dans des micro-/nano-conduites. Cette approche doit permettre de décrire, aussi bien les petites échelles relatives aux interactions du fluide avec les atomes du mur, que les grandes échelles de l’écoulement engendrées par les conditions aux limites d'entrée/sortie du canal. Pour cela, nous avons développé une méthode qui couple une modélisation continue des écoulements et des transferts de chaleur dans le cœur du canal avec une modélisation discrète proche des parois, basée sur une représentation atomistique du fluide et du mur.Les équations de Navier-Stokes et de l’énergie, couplées à une équation d’état, sont approximées par une méthode de volumes finis dans le cœur de l’écoulement alors que des simulations de dynamique moléculaire sont utilisées pour représenter finement les interactions entre le fluide et la paroi. Cette approche hybride nécessite la transmission d’informations entre les modélisations : les grandeurs moyennées moléculaires sont imposées comme conditions aux limites pour le modèle continu, et la dynamique sous contrainte, couplée à un thermostat de Langevin, est utilisée pour piloter l’échelle moléculaire. Une représentation par des plots moléculaires locaux de petite taille, intelligemment répartis le long de l’interface entre le fluide et le mur, permet de traiter des écoulements et des transferts dans des canaux de très grands allongements, pour des coûts de calcul raisonnables.Après une partie de validation, des simulations hybrides multi-échelles d’écoulements dans des canaux constitués de parois en platine ont été menées pour de l’argon en phase liquide (incompressible) ou gazeuse (compressible), en tenant compte éventuellement du changement de phase au voisinage de la paroi
The main objective of this thesis is to model the multi-scale heat and fluid flows in micro-/nano channels. This method must be able of capturing at the same time the fluid/solid interaction at the small scale but also the flows induced by the inlet/outlet boundary conditions at the large scale. To this aim, we have adopted an approach coupling the continuum model in the bulks of the channel and the discrete model at the vicinity of the wall, based on an atomistic representation of the fluid and the solid.The Navier-Stokes and energy equations, coupled with an equation of state, are approximated by a finite volume method and the molecular dynamics simulations are used to finely represent the interaction between the fluid and the solid. This hybrid method requires information transmission between the former two regions: averaged quantity in molecular dynamics simulations are imposed as boundary conditions for the continuous model and constrained dynamics, coupled with a thermostat Langevin, is used to control in the molecular level. A set of small molecular dynamics blocks, smartly distributed all along the wall/fluid interface, allows to treat flow and heat transfers in a long micro/nano-channel with a reasonable computational cost.After a validation step, the hybrid multi-scale simulations of complex fluid flows in the channel composed of the platinum wall have been conducted for argon in incompressible liquid or compressible gaseous phase with and without phase change in the vicinity of the wall

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Vogt-Schilb, Hélène. "Dynamique temporelle multi-échelle et structuration spatiale des communautés méditerranéennes : le cas des orchidées et des champignons comme modèles contrastés et dépendants d’interactions." Thesis, Montpellier 2, 2014. http://www.theses.fr/2014MON20243.

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Abstract:

Face au constat alarmant de l'érosion de la biodiversité, il est indispensable de quantifier les impacts des changements globaux sur les espèces. Centrée sur deux modèles biologiques, les orchidées et les champignons, cette thèse a visé à (i) quantifier les réponses au niveau de la phénologie des espèces, de la composition des communautés et des interactions biotiques, aux changements globaux et (ii) d'analyser les patrons observés au regard des conditions environnementales et de l'écologie des espèces. Ces travaux ont été réalisés en combinant des approches diachroniques (échelles temporelles multiples, avec un délai de 30 ans pour les orchidées et 170 ans pour les champignons) et synchroniques (échelles spatiales multiples avec des contextes d'usages de sols différents). Les résultats indiquent des réponses marquées (décalage phénologique, changement de composition des communautés, effet sur les stratégies écologiques) des deux modèles biologiques aux changements climatiques et usages de sols. Les traits écologiques et biologiques modulent fortement les réponses des espèces à ces changements. Ces études contribuent à la fois à une meilleure compréhension des mécanismes de structuration des communautés et à la définition de conseils opérationnels des organismes étudiés dans une perspective de conservation en région méditerranéenne
In regard to the alarming rate of biodiversity erosion, it is essential to quantify the impact of global changes on species. Using two biological models, orchids and fungi, this study aimed at (i) quantifying the responses of species' phenology, community composition and biotic interactions to global changes and (ii) analyzing the observed patterns in regard to the environmental conditions and the species' ecology. These studies were based on multiple temporal (with a 30 year-delay in case of orchids and 170 year-delay in case of fungi) and spatial scales (different land-uses). The results indicate a marked response (phenological delay, change in community composition, effect on ecological strategies) of both models to climate and land-use changes. Both the ecological and biological traits of species strongly influence species' responses to global changes. This study allows a better understanding of the mechanisms underlying orchids and fungal assemblies and provides practical and applied guidelines for the conservation of these organisms in the Mediterranean region

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Achour, Nadia. "Modélisation multi-échelle et analyse expérimentale du comportement de composites à matrice thermoplastique renforcés fibres de verre sous sollicitations dynamiques modérées." Thesis, Paris, ENSAM, 2017. http://www.theses.fr/2017ENAM0062/document.

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Le présent travail de thèse a pour objectif de développer un outil de modélisation par transition d’échelles sous forme de machine d’essais virtuels. Celle-ci, utilisée conjointement aux codes de calculs de structures, permet de déterminer le comportement anisotrope complexe de composites à matrice polypropylène chargés en fibres de verre courtes sous sollicitations dynamiques. La microstructure en cœur-peau induite par le procédé d’injection du matériau est investiguée expérimentalement par μCT. Le comportement dynamique est caractérisé pour des vitesses de déformation allant jusqu’à 200s-1 au moyen d’une une méthodologie expérimentale basée sur l’utilisation d’un joint d’amortissement et d’une optimisation des éprouvettes. Les mécanismes d’endommagement sont analysés expérimentalement par essai in situ. Ils mettent en évidence le phénomène d’endommagent prépondérant qui est la décohésion de l’interface fibre matrice. Basé sur ces résultats expérimentaux, l’approche multi échelles développée consiste en une méthode de Mori Tanaka incrémentale appliquée à une matrice élastoviscoplastique et des renforts enrobés intégrant l’évolution de l’endommagement à l’échelle mésoscopique. L’endommagement introduit dans les enrobages perturbe le transfert de charge entre la matrice et les renforts. De plus, la dépendance à la vitesse de déformation, aux orientations et aux taux de fibre du modèle sont corrélés par des essais. La machine d’essais virtuels est validée par modélisation de structures. L’outil prédictif ainsi développé prend en compte le minimum nécessaire à la description de la microstructure tout en étant fiable et pertinent dans la modélisation de composites sous sollicitations dynamiques modérées
The current work focuses on the development of a micromechanical modeling tool in the form of a virtual test machine which, used with the structural calculation codes, allows to determine the complex anisotropic behavior of polypropylene matrix composites reinforced with short glass fibers under dynamic loading. The core-skin microstructure induced by the material injection process is investigated experimentally by μCT. The dynamic behavior is characterized for strain rates of up to 200s-1 using an experimental methodology based on the use of a damping joint and specimen optimization. The mechanisms of damage are analyzed experimentally by in situ SEM testing. They highlight the importance of the debonding phenomenon in the damage scenario. Based on these experimental results, the multiscale approach developed consists of an incremental Mori Tanaka method applied to an elastoviscoplastic matrix and coated reinforcements integrating the evolution of damage at the mesoscopic scale. The damage introduced into the coatings disturbs the load transfer between the matrix and the reinforcements. In addition, the strain rate, orientation, and fiber rate dependence of the model are correlated by testing. The virtual testing machine is validated by modeling structures. The developed predictive tool thus takes into account the minimum necessary to describe the microstructure while being reliable and relevant in the modeling of composites under moderate dynamic stress

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Born, Céline. "Diversité génétique et dynamique des forêts d’Afrique centrale : Une étude multi-échelle de la structure de la diversité génétique d’un arbre pionnier, Aucoumea klaineana." Montpellier 2, 2007. http://www.theses.fr/2007MON20252.

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Cette thèse contribue à la compréhension des processus historiques, évolutifs et écologiques liés au maintien de la forte diversité biologique dans les forêts d'Afrique centrale. Notre approche est basée sur l'étude de la structuration de la diversité génétique intraspécifique d'Aucoumea klaineana, arbre pionnier endémique du domaine forestier de Basse Guinée. Plusieurs échelles spatiales ont été considérées afin de découpler les impacts des différents processus (historiques, évolutifs et écologiques) qui agissent à des pas de temps différents sur la diversité génétique. Nous avons montré qu'à l'échelle de l'aire de répartition, une grande part de l'hétérogénéité de la diversité génétique est expliquée par l'isolement historique de populations dans des refuges forestiers au cours du Dernier Maximum Glaciaire. Avec le retour des conditions favorables, les espèces forestières ont recolonisé les savanes pour atteindre leurs aires de distribution actuelles. Pour A. Klaineana, les effets de fondation responsable de la perte de diversité génétique associés aux processus de colonisation ont été évités grâce à l'homogénéité du succès reproducteur des individus. A l'échelle des populations, la structure génétique spatiale (SGS) résulte du processus d'isolement par la distance, l'équilibre formé entre flux de gènes et dérive. Une telle structuration est observée chez A. Klaineana, caractérisé par des distances de dispersion du pollen (128 m) et des graines (118 m) très limitées. Cet équilibre a été mis en évidence par des analyses de SGS qui laissent supposer que lorsque la densité d'arbre est plus faible et/ou que le milieu est ouvert, les distances de dispersion des gènes sont plus fortes. Ce résultat est lié aux syndromes de dispersion de l'espèce qui contribuent ainsi localement au maintien de la diversité génétique
This work contributes to our knowledge on historical, evolutionary and ecological processes linked with the high biological diversity in central Africa. We studied the structure of the genetic diversity of Aucoumea klaineana, a pioneer tree species, endemic to the Lower Guinea forest domain. Several spatial-scales were considered to infer impacts of the different processes (historical, evolutionary and ecological) acting with distinct time-scales on the genetic diversity. Considering the intraspecific genetic variation in the contemporary distribution of species, we showed that the heterogeneity in the distribution of the genetic diversity is due to the isolation of several source populations in forest refugia during the Last Glacial Maximum. After dry and cold periods, forest species recolonized savannahs and reached their current distribution areas. In A. Klaineana, founder effects associated with colonization processes were avoided by the homogeneity in reproductive success in adult trees. At fine-scale, the spatial genetic structure (SGS) generally resulted from the isolation by distance process, the equilibrium between gene dispersal and drift. Such structure is observed for A. Klaineana, characterized by both limited pollen and seed dispersal distances (128 and 118 m respectively). Here, SGS analyses may illustrate that reduced density of trees and/or forest opening is compensated by higher gene dispersal distances. This result is linked with dispersal syndromes of the species that locally contribute to the maintenance of the genetic diversity

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Bettinotti, Omar. "A weakly-intrusive multi-scale substitution method in explicit dynamics." Thesis, Cachan, Ecole normale supérieure, 2014. http://www.theses.fr/2014DENS0032/document.

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Abstract:

Les matériaux composites stratifiés sont de plus en plus utilisés dans l'aéronautique, mais ils peuvent être sujets à large délaminage si soumis à impact. La nécessité d'effectuer des simulations numériques pour prédire l’endommagement devient essentielle pour l’ingénieur. Dans ce contexte, l'utilisation d'une modélisation fine semble préférable. En revanche, le coût de calcul associé serait prohibitif pour larges structures. Le but de ce travail consiste à réduire ce coût de calcul, en couplant le modèle fin, restreint à la zone active de délaminage, avec un modèle grossier appliqué au reste de la structure. En raison du comportement transitoire des problèmes d'impact, l'adaptabilité dynamique des modèles pour suivre les phénomènes évolutifs représente un point crucial de la stratégie de couplage. Des méthodes avancées sont utilisées pour coupler différents modèles. Par exemple, la méthode de Décomposition de Domaines, appliquée à l'adaptabilité dynamique, doit être combinée avec une stratégie de remaillage, considérée comme intrusive pour la mise en œuvre d'un logiciel pour Analyse à Eléments Finis. Dans ce travail, les bases d'une approche faiblement intrusive, la méthode de Substitution, sont présentés dans le domaine de la dynamique explicite. Il s’agît d’une formulation globale-locale, conçue pour appliquer un modèle grossier sur tout le domaine pour obtenir une réponse globale: ce pré-calcul est ensuite corrigé itérativement par l'application du modèle raffiné appliqué seulement où nécessaire. La vérification de la méthode de Substitution en comparaison avec la méthode de Décomposition de Domaines est présentée
Composite laminates are increasingly employed in aeronautics, but can be prone to extensive delamination when submitted to impact loads. The need of performing virtual testing to predict delamination becomes essential for engineering workflows, in which the use of a fine modeling scheme appears nowadays to be the preferred one. The associated computational cost would be prohibitively high for large structures. The goal of this work consists in reducing such computational cost coupling the fine model, restricted to the surroundings of the delamination process zone, with a coarse one applied to the rest of the structure. Due to the transient behavior of impact problems, the dynamic adaptivity of the models to follow evolutive phenomena represents a crucial feature for the coupling. Many methodologies are currently used to couple multiple models, such as non-overlapping Domain Decomposition method, that, applied to dynamic adaptivity, has to be combined with a re-meshing strategy, considered as intrusive implementation within a Finite Element Analysis software. In this work, the bases of a weakly-intrusive approach, called Substitution method, are presented in the field of explicit dynamics. The method is based on a global-local formulation and is designed so that it is possible to make use of the pre-fixed coarse model the meshes the whole structure to obtain a global response: this pre-computation is then iteratively corrected considering the application of the refined model only where required, in the picture of an adaptive strategy. The verification of the Substitution method in comparison with the Domain Decomposition method is presented

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Dissertations / Theses on the topic 'Dynamique multi-échelle'

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