Dissertations / Theses: 'Modélisation des matériaux'

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Alloui, Lotfi. "Modélisation tridimensionnelle des matériaux supraconducteurs." Thesis, Paris 11, 2012. http://www.theses.fr/2012PA112215.

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Abstract:

Nous présentons une contribution à la modélisation tridimensionnelle des phénomènes électromagnétiques et thermiques couplés dans les matériaux supraconducteurs à haute température critique. La méthode des volumes finis est adoptée comme méthode de résolution des équations aux dérivées partielles caractéristiques aux phénomènes physiques traités. Le couplage électromagnétique thermique est assuré par un algorithme alterné. L’ensemble des modèles mathématico-numériques ainsi développés et implémentés sous Matlab, sont appliqués pour étudié le comportement des supraconducteurs dans le cadre des paliers magnétiques et pour étudier le comportement des supraconducteurs durant le processus d’aimantation. Les résultats à caractère magnétique et ceux à caractère thermique sont largement présentés. La validité du travail proposé est atteinte par comparaison des résultats ainsi obtenus à ceux donnés par l’expérimentation
We present a contribution for three-dimensional modeling of coupled electromagnetic and thermal phenomena in high temperature superconductor. The control volume method is used for the resolution of the partial derivative equations characterising of the treated physical phenomena. The electromagnetic and thermal coupling is ensured by an alternate algorithm. All mathematical and numerical models thus developed and implemented in Matlab software, are used for the simulation. The results in magnetic term and those in thermal term are largely presented. The validity of the suggested work is reached by the comparison of the results so obtained to those given by the experiment

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Nguyen, Minh-Duc. "Modélisation numérique discrète des matériaux bitumeux." Thesis, Lyon, 2017. http://www.theses.fr/2017LYSET003/document.

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Abstract:

Les enrobés bitumineux ont été utilisés habituellement dans des constructions routières et récemment sous les ballasts des ferroviaires. Sa grande rigidité aux températures relativement basses de l’ambiance et à haute fréquence explique son application répandue en Europe du nord. Ce matériau a été étudié au niveau global par à la fois des essais empiriques, expérimentaux et des approches analytiques. Pourtant, l’enrobé bitumineux possède un structure interne hétérogène et complexe qui peut-être engendrer des comportements complexe. Les analyses au niveau local permettent alors de compléter les connaissances de ses comportements.De nos jours, la méthode des éléments discrets est connue comme un outil numérique répandu dans le domaine granulaire. Elle peut modéliser son comportement à travers des modèles locaux et fournir des informations de sa structure interne. Une part, cette méthode considère que les particules sont quasi-solides. Son déplacement est régi par les lois de mouvement. L’autre part, le chevauchement au niveau de contact entre particules est admis. L’interpénétration des particules est calculée par les lois de contact locaux associées. Cette thèse constitue une maquette numérique des enrobés bitumineux dont les particules isolées s’interagissent à travers des lois d’interaction à distance. Cette maquette prend en compte la granulométrie des granulats (>1mm) et son rapport volumique vis-à-vis du mastic constitué par des grains (<1mm), le liant et des vides. Les granulats (>1mm) seuls sont modélisés par des particules numériques, tandis que du mastic est pris en compte par des lois d’interaction. Au premier lieu, une simulation élastique est réalisée afin de reproduire des comportements asymptotiques élastiques d’un enrobé bitumineux de référence de type GB3 qui apparaissent lors des conditions extrêmes (fréquence ou température). Des lois d’interaction élastiques ont appliqué à la maquette numérique créée. Sur deux directions normale et tangentielles, les raideurs du ressort et leur rapport sont constantes.Ensuite, les simulations viscoélastiques sont réalisées pour reproduire le comportement viscoélastique du même matériau de référence. Au premier temps, une loi d’interaction de type Kelvin-Voigt est utilisée pour mettre en évidence qualitativement l’application d’une loi viscoélastique. Ensuite, le comportement viscoélastique globale est modélisé à niveau des particules par quelques lois d’interaction de type 1KV1R (un Kelvin-Voigt et un ressort en série) repartant au réseau d’interaction de la maquette numérique. Les raideurs des ressorts prenant en compte la géométrie de l’interface de particules sont constantes pour toutes les modèle de 1KV1R. Cependant, des viscosités des amortisseurs sont différentes. Certaines hypothèses sont examinées pour distribuer ses viscosités dans le réseau d’interaction. A la fin des études, les analyses des efforts internes sont réalisées
Bituminous mixtures have traditionally been used in road constructions and recently under railway ballast. Its high rigidity at relatively low ambient temperatures and high frequency explains its widespread application in northern Europe. This material has been studied at the global level by both empirical, experimental and analytical approaches. However, the asphalt has a heterogeneous internal structure and complex which may cause complex behavior. The analysis at the local level then make it possible to supplement the knowledge of its behaviors.Nowadays, the method of discrete elements is known as a numerical tool spread in the granular field. It can model its behavior through local models and provide information about its internal structure. On the one hand, this method considers that the particles are quasi-solid. Its displacement is governed by the laws of motion. On the other hand, the overlap at the particle contact level is allowed. The interpenetration of the particles is calculated by the associated local contact laws. This thesis constitutes a numerical model of bituminous mixes whose isolated particles interact through laws of interaction at a distance. This model takes into account the granulometry of the aggregates (> 1 mm) and its volume ratio with respect to the mastic constituted by grains (<1 mm), the binder and voids. The aggregates (> 1 mm) alone are modeled by numerical particles, while mastic is taken into account by laws of interaction.First, an elastic simulation is performed in order to reproduce the elastic asymptotic behaviors of a reference bituminous mix of GB3 type that appear during extreme conditions (frequency or temperature). Elastic interaction laws have applied to the created numerical model. In both normal and tangential directions, the stiffness of the spring and its ratio are constant.Then, the viscoelastic simulations are performed to reproduce the viscoelastic behavior of the same reference material. At first, a Kelvin-Voigt interaction law is used to qualitatively highlight the application of a viscoelastic law. Then, the global viscoelastic behavior is modeled at the level of the particles by some laws of interaction of type 1KV1R (a Kelvin-Voigt and a spring in series) leaving again to the network of interaction of the numerical model. The stiffness of the springs taking into account the geometry of the particle interface is constant for all models of 1KV1R. However, the viscosities of the dashpots are different. Some hypotheses are examined to distribute its viscosities in the interaction network. At the end of the studies, the analysis of the internal efforts are carried out

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Colliat, Jean-Baptiste. "Modélisation numérique des matériaux hétérogènes : Applications aux matériaux à matrice cimentaire." Habilitation à diriger des recherches, École normale supérieure de Cachan - ENS Cachan, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00556998.

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Abstract:

Ce document constitue la synthèse des travaux de recherches effectués pendant les six années suivant mon doctorat --- de 2004 à 2009 --- et de quelques thématiques ayant pris naissance pendant la première moitié de l'année 2010. Ces travaux ont été principalement effectués au sein du secteur Génie Civil et Environnement du LMT--Cachan et impliquent de nombreux doctorants, stagiaires et partenaires industriels, ainsi que d'autres enseignants--chercheurs du laboratoire. Afin de mettre en avant la démarche générale qui sous-tend ce travail et la cohérence des différents développements menés au cours de ces années, j'ai choisi de les mettre en forme au travers d'un manuscrit original. Celui-ci permet également de présenter au lecteur des notations uniformisées et d'avoir ainsi une vision plus synthétique.

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Castets, Aurore. "RMN de matériaux paramagnétiques : mesures et modélisation." Phd thesis, Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00664817.

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Abstract:

Ce travail consiste en l'étude par RMN multinoyaux de matériaux paramagnétiques d'électrodes positives pour batteries au Li. La RMN du solide permet une caractérisation de l'environnement local du noyau sondé grâce à l'exploitation des interactions hyperfines dues à la présence d'une certaine densité d'électrons célibataires (déplacement de contact de Fermi) ou de conduction (déplacement de Knight) sur ce noyau (densité transférée selon des mécanismes plus ou moins complexes). Les matériaux étudiés sont des phosphates de métaux de transition tels que Li3M2(PO4)3 (M = Fe, V), la famille des tavorites LiMPO4X (M = Fe, Mn; X = OH, F) ou encore les phases homéotypiques MPO4.H2O (M = Fe, Mn, V). Pour tous ces matériaux, caractérisés par RMN du 7Li, 31P et 1H, l'environnement local de ces noyaux a été étudié afin d'envisager les mécanismes de transfert de spin possibles. Des calculs ab initio ont été effectués pour reproduir les déplacements de RMN, puis établir des cartes de densité de spin afin d'étayer ou compléter la compréhension de ces mécanismes.

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Leroux, Julien. "Modélisation numérique du contact pour matériaux composites." Phd thesis, INSA de Lyon, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00961209.

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Abstract:

Les aubes de turboréacteurs sont aujourd'hui sujets à de nouvelles technologiques novatrices : les matériaux composites tissées 3D. Ces modifications matériaux permettent des réductions de masse significatives, et conduisent à des performances énergétiques et environnementales accrues. Ces structures tissées possèdent généralement des architectures complexes et requièrent une bonne caractérisation mécanique. Des outils de modélisation textile et d'homogénéisation ont été développés, la géométrie et les propriétés physiques de l'architecture tissée y sont analysées. Toutefois, il est important de prévoir les endommagements engendrés dans ces matériaux au niveau des zones de contact soumises à du fretting. En effet, les pieds d'aubes de turboréacteurs font face à des sollicitations de type fretting. Il en résulte deux types d'endommagements : l'amorçage et propagation de fissures et l'usure des surfaces en contact. Quantifier ces endommagements requiert une analyse fine du contact à partir d'un outil de calcul à la fois robuste et rapide. Pour mener à bien cet objectif, un code semi-analytique permettant aujourd'hui de traiter des problèmes hétérogènes de contacts élasto-plastiques est développé. La méthode d'inclusion équivalente proposée au sens d'Eshelby est utilisée dans le solveur de contact pour décrire l'effet des hétérogénéités (cavités, inclusions, fibres ou torons). L'un des corps en contact peut contenir de multiples hétérogénéités de formes parallélépipédiques, ellipsoïdales, et ses formes dégénérées (ellipsoïde oblate, ellipsoïde prolate, sphère, cylindre, disque plat,...). Cette méthode est modifiée et améliorée afin de prendre en compte les influences mutuelles entre les inclusions hétérogènes voisines, et la décohésion à l'interface hétérogénéité/matrice. Un premier couplage avec un modèle de contact aube/disque Eléments Finis permet de prendre en compte les effets de structures. Cette méthode est analogue à un zoom structural lorsqu'un maillage fin est nécessaire dans des zones de contact à fort gradient de contraintes soumises à un endommagement de type fretting. Un second couplage avec le logiciel WiseTex permet de décrire la géométrie réelle du tissage du composite, les propriétés matériaux des fibres et de la matrice. Une segmentation fine du modèle permet de discrétiser les mèches en de multiples hétérogénéités ellipsoïdales équivalentes et d'appliquer la méthode d'inclusion équivalente modifiée. A partir de cette mise en donnée d'un matériau composite tissé revêtu, des calculs de contact tridimensionnel multiéchelle en situation de fretting sont réalisés avec succès.

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Faraoun, Houda Imane. "Modélisation des propriétés thermomécaniques des matériaux abradables." Besançon, 2005. http://www.theses.fr/2005BESA2008.

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Abstract:

Les joints abradables sont conçus pour le contrôle des fuites de gaz entre parties statiques et tournantes dans les turbines et les compresseurs. La bonne abradabilité implique une certaine absence de rigidité, et une dureté suffisante pour résister à l'érosion, l'oxydation, la corrosion, le choc thermique et la combustion spontanée. Les abradables consistent en un mélange de différents éléments structuraux : matrice métallique, une phase de lubrifiant solide et un taux contrôlé de porosité. Le développement de la composition et de la structure des abradables a toujours été principalement empirique alors que les études théoriques se résument en peu de modèles schématiques établis sur des observations expérimentales. Dans cette thèse, nous initions un modèle qui servira à l'amélioration des structures des abradables. C'est une partie d'une plus large activité de recherche dans le cadre d'un projet européen visant à développer des abradables avec une durée de vie améliorée par le contrôle de la microstructure et son impact sur le comportement mécanique. La première activité était d'acquérir une compréhension supplémentaire de la relation entre l'abradabilité et la structure par le biais de description théorique améliorée. Une procédure d'analyse d'image est développée pour quantifier les paramètres géométriques des éléments structuraux. Elle est ensuite utilisée pour estimer quantitativement les propriétés thermomécanique de quelques revêtements de référence par la méthode des éléments finis. Une approche pour la prédiction des propriétés pour des revêtements avant leur réalisation est proposée et les outils de simulation nécessaires pour son application sont développés
Abradable seals are made for gas flux control in turbines and compressors. Good abradability implies reasonably low rigidity and sufficient hardness to resist to erosion, corrosion, oxidation, thermal choc and spontaneous combustion. Abradable materials consistent of a mixture of several structural elements: metallic matrix, solid lubricant phase and controlled amount of porosity. The development of composition and structure of abradables was until now mostly empirical using wear-maps, when theoretical studies resume to few schematic models established on experimental observations. In this thesis, we initiate a model that serves to structure improvement of abradables. It's a part of larger research activity within a European project aiming at developing enhanced abradables coatings by controlling the microstructure and its impact on mechanical properties. The first activity was to acquire more understanding on the relation between abradability and structure using morphological description of coatings. An image analysis approach was developed to quantify the geometrical parameters of structural elements. It is then used to get quantitative thermomechanical properties of some reference coatings by means of finite element analysis. A procedure for properties prediction for coatings before their spraying is proposed and the simulation tools necessary to its application created

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Escoda, Julie. "Modélisation morphologique et micromécanique 3D de matériaux cimentaires." Phd thesis, Ecole Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2012. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00741312.

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Abstract:

Cette thèse porte sur la modélisation morphologique de matériaux cimentaires, et sur l'analyse de leurs propriétés linéaires élastiques. Dans cet objectif, des images 3D, obtenues par micro-tomographie, de matériaux cimentaires (mortier et béton) sont étudiées. Dans un premier temps, l'image de mortier est segmentée aﬁn d'obtenir une image de microstructure réelle pour des calculs en élasticité linéaire. L'image de béton est utilisée, après traitement, pour la détermination des caractéristiques morphologiques du matériau. Un modèle aléatoire de béton est ensuite développé et validé par des données morphologiques. Ce modèle comporte trois phases qui correspondent à la matrice, les granulats et les pores. La phase des granulats est modélisée par implantation sans recouvrement de polyèdres de Poisson. Pour cela, un algorithme de génération vectorielle de polyèdres de Poisson est mis en place et validé par des mesures morphologiques. Enﬁn, les propriétés linéaires élastiques effectives de la microstructure de mortier et de microstructures simulées sont déterminées par méthode FFT (Fast-Fourier Transform), pour différents contrastes entre le module de Young des granulats et de la matrice. Cette étude des propriétés effectives est complétée par une analyse locale des champs dans la matrice, aﬁn de déterminer l'arrangement spatial entre les zones de concentration de contraintes dans la matrice, et les différentes phases de la microstructure (granulats et pores). Une caractérisation statistique des champs est de plus réalisée, avec notamment le calcul du Volume Élémentaire Représentatif (VER). Une comparaison des propriétés élastiques effectives et locales obtenues d'une part sur une microstructure simulée contenant des polyèdres et d'autre part sur une microstructure contenant des sphères est de plus effectuée.

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Bousquet, David. "Modélisation de l'adsorption dans les matériaux nanoporeux flexibles." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00924733.

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Abstract:

Les matériaux hybrides organiques-inorganiques présentent des propriétés d'adsorption et de flexibilité inédites. Le couplage entre ces deux aspects joue un rôle important dans le comportement de ces matériaux soumis à l'adsorption d'un fluide. Cette thèse a pour but de développer des méthodes adaptées à l'étude de ces systèmes physico-chimiques. Je présente dans un premier temps une approche fondée sur le calcul de la densité d'états généralisée dans l'ensemble osmotique. Cette méthode permet d'obtenir efficacement toutes les observables thermodynamiques du système, en particulier les isothermes d'adsorption, les déformations de la structure induites par l'adsorption, et l'hystérèse observée lors d'un cycle d'adsorption-desorption. Dans une seconde partie, un modèle analytique thermodynamique a été développé pour rationaliser, interpréter et comprendre le comportement des matériaux nanoporeux flexibles au cours de l'adsorption. Cette approche nous permet, à l'aide de données expérimentales, d'obtenir un grand nombre d'informations sur le système physico-chimique.

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Yunus, Yuhanis. "Modélisation discrète du comportement cyclique des matériaux granulaires." Ecully, Ecole centrale de Lyon, 2008. http://www.theses.fr/2008ECDL0033.

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Abstract:

Les matériaux granulaires présentent un comportement complexe lié essentiellement à leur nature discrète. L’évolution du comportement des matériaux granulaires à l’échelle globale est ainsi liée à l’évolution de variables à l’échelle locale et principalement l’échelle du contact. Ce travail s’articule selon deux axes : d’une part, la compréhension de la propriété macroscopique et microscopique du matériau granulaire et d’autre part, l’étude de l’évolution de variables comme l’indice des vides, l’angle de frottement, ou l’anisotropie. La méthode utilisée consiste à réaliser des simulations numériques discrètes sur un ensemble de particules sphériques pour des densités variées : lâche, mi dense et dense. Différents chemins de sollicitation cyclique sont analysés : monotone, cyclique alterné ou semi alterné drainé, chemin drainé ou à volume constant pour différentes contraintes de confinement. Pour chacune des simulations, les variables locales et les variables moyennes à l’échelle de l’échantillon sont analysées. Dans les simulations réalisées, les propriétés obtenues à certains états repères ne semblent pas dépendrent de la contrainte de confinement. Par contre, l’angle de frottement au pic augmente avec la densité. De même, l’angle de frottement à l’état caractéristique semble être très significativement dépendant de l’histoire du chargement et diminue avec la densité. La variation de l’indice des vides dans la phase de contractante dépend de l’état initial, en particulier son anisotropie. La valeur de l’indice des vides à l’état critique à partir de l’essai monotone en compression est plus faible que la valeur de l’indice des vides critique de l’essai monotone en extension. Les points (e, ln(p’)) à l’état critique ne s’articulent pas précisément autour d’une droite, mais appartiennent à en fuseau Δe=0. 02 conforme aux résultats expérimentaux. Par la suite, les variables pilotant le modèle phénoménologique CJS3 ont été analysées au travers de l’évolution de la structure interne du matériau. Notamment, nous avons pu identifier l’évolution de la surface pseudo élastique (de charge) du mécanisme déviatoire lors des essais cycliques. Nous avons montré que si l’on dispose d’une bonne mesure de la structure interne il est alors possible de proposer des modèles à la fois simples et beaucoup plus réalistes. Un effort doit être cependant entrepris pour mieux relier l’évolution des variables internes du milieu difficilement mesurables (telles que l’anisotropie) avec des variables globales plus faciles à quantifier et donc à introduire dans un modèle phénoménologique.

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Vo, Thanh Trung. "Modélisation de la rhéologie des matériaux granulaires humides." Thesis, Montpellier, 2019. http://www.theses.fr/2019MONTS103.

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Abstract:

Dans cette thèse essentiellement numérique, nous avons étudié la rhéologie et le processus d'agglomération de matériaux granulaires humides impliquant des interactions cohésives et visqueuses venant s’ajouter à celles de contact-frottant. Des écoulements en cisaillement, simulés par une approche de type éléments discrets 3D, nous ont permis de montrer que les variables caractérisant le comportement (coefficient de frottement effectif et compacité) ainsi que celles décrivant la texture (nombre de coordination et anisotropie) peuvent être décrites comme fonction d'un unique nombre sans dimension; incorporant les forces inertielles, cohésives et visqueuses. Nous nous sommes également intéressés à l'évolution d'un agglomérat à l'intérieur d'un écoulement de particules sèches cisaillées ainsi que dans un tambour rotatif contenant des particules humides. Il a été montré que l’évolution de l'agglomérat dépend de la dynamique d'accrétion et d’érosion et que celle-ci est régies par les interactions cohésives. Des diagrammes de phase en termes de croissance, de déformation, d'endommagement et d’érosion sont présentés en fonction de l'indice de cohésion et du nombre inertiel. Enfin, la résistance à la compression des agglomérats a été également étudiée sous compression diamétrale. On montre qu’elle est proportionnelle à la force d’adhésion entre particules avec un pré-facteur qui dépend de la connectivité des particules primaires
By means of extensive particle dynamics simulations in three dimensions, we investigate the rheology and agglomeration process of granular materials such as wet powders, which involve cohesive and viscous interactions in addition to frictional contact forces. In shear flow simulations, we show that the flow variables such as effective friction coefficient and packing fraction and texture variables such as coordination number and anisotropy can be described as a function of a single dimensionless number that incorporates the inertial, cohesive and viscous forces. We also study the evolution of an agglomerate inside a granular shear flow of dry particles and in a rotating drum containing wet particles. The evolution of the agglomerate depends on the accretion and erosion dynamics, which are governed by cohesive interactions. We determine the phase-space diagrams in terms of the agglomerate growth, deformation, damage and erosion as a function of the cohesion index and inertial number. The compressive strength of the agglomerates is also investigated under diametral compression and shown to be proportional to the adhesion force between the particles with a pre-factor that depends on the connectivity of the primary particles

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Preechawuttipong, Itthichai. "Modélisation du comportement mécanique de matériaux granulaires cohésifs." Montpellier 2, 2002. http://www.theses.fr/2002MON20033.

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Paquin, Anne. "Modélisation micromécanique du comportement élastoviscoplastique des matériaux hétérogènes." Metz, 1998. http://docnum.univ-lorraine.fr/public/UPV-M/Theses/1998/Paquin.Anne.SMZ9830.pdf.

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Abstract:

Ce travail concerne la modélisation micromécanique du comportement élastoviscoplastique des matériaux hétérogènes, en vue d'une application aux alliages de polymères et polymères semicristallins. On utilise plus particulièrement l'approche autocohérente qui, contrairement à certains modèles extrêmes fournit une estimation plus réaliste de l'effet des interactions intergranulaires. Toutefois, la complexité du comportement élastoviscoplastique, de nature différentielle, rend difficile l'application directe du schéma autocohérent classique, adapté aux autres classes de comportement. En effet, le couplage entre l'élasticité et la viscosité est à l'origine du caractère héréditaire du matériau, qui, dans le cas des matériaux hétérogènes, induit un couplage espace/temps. Celui-ci se traduit par la présence d'interactions mécaniques différées (effet mémoire longue), que la transition d'échelle doit s'attacher à prendre en compte au mieux. Face à la lourdeur numérique des approches de type héréditaire, on privilégie les approches à variables internes pour la simplicité de leur démarche incrémentale. Jusqu'à présent, les modèles existants ont proposé soit des rééditions de modèles à accommodation élastique, entrainant une forte surestimation des contraintes, soit des approximations restrictives conduisant à des conditions autocohérentes incohérentes. Ainsi, ce travail a pour but de proposer une approche plus générale du problème de la transition d'échelle à variables internes en élastoviscoplasticité. Il repose, d'une part, sur la formulation d'une nouvelle équation intégrale, basée sur la prise en compte complète des équations de champs mécaniques à l'aide des opérateurs de projection, et d'autre part, sur l'utilisation des concepts associés aux états asymptotiques purement élastiques et viscoplastiques du matériau pour effectuer l'approximation autocohérente. L'analyse des résultats montre la prise en compte satisfaisante des interactions élastoviscoplastiques.

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Bénazet, Stéphane. "Apport de la modélisation moléculaire aux matériaux energétiques." Aix-Marseille 2, 2004. http://www.theses.fr/2004AIX22009.

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Ragheb, Mostafa. "Modélisation des propriétés des matériaux ferroélectriques displacifs monocristallins." Nantes, 2013. http://www.theses.fr/2013NANT2017.

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Abstract:

Les matériaux ferroélectriques displacifs présentent un intérêt croissant dans le domaine industriel, en particulier pour les télécommunications, du fait de l’accordabilité de leur permittivité ou de leur coefficient piézoélectrique. L’objectif de cette thèse vise à mieux comprendre les propriétés de ces matériaux en réalisant une étude théorique. À l’échelle nanométrique, les effets de la température, d’une contrainte mécanique ou d’un champ électrique appliqué sont examinés notamment en ce qui concerne leur impact sur la déformation de la cellule élémentaire et sur la variation du moment dipolaire associé à cette cellule. On peut alors exprimer la permittivité ou le coefficient piézoélectrique en fonction de ces grandeurs aussi bien en phase polaire qu’en phase non polaire. Si l’on souhaite décrire les propriétés des matériaux ferroélectriques displacifs à une échelle microscopique, il faut rajouter à la description précédente la notion de domaine de polarisation. Lorsque le matériau est soumis à une sollicitation externe, les parois qui séparent les différents domaines se déplacent. L’étude de ce mouvement permet d’obtenir la variation de la polarisation, de la déformation, de la permittivité ou du coefficient piézoélectrique en fonction du champ électrique appliqué ou de la contrainte mécanique exercée (cycles d’hystérésis et cycles papillon). Le rôle des défauts présents dans le matériau est pris en compte en considérant le piégeage et le dépiégeage des parois par ces défauts. Un distinguo est réalisé entre les cycles mineurs, où la densité de parois de domaine est constante, et les cycles majeurs où l’on doit tenir compte de la variation de cette densité de parois
The ferroelectric displacive materials present an increasing interest in the industrial field, in particular for telecommunications, because of the tunability of the permittivity or of the piezoelectric coefficient. The objective of this PhD thesis is a better understanding of the properties of these materials by carrying out a theoretical study. At the nanometric scale, the effects of temperature, of a mechanical stress or of an applied electric field are examined in particular in terms of the deformation of the unit cell and the change of the dipole moment. It is then possible to obtain the permittivity or the piezoelectric coefficient according to these variables, in the both polar and non-polar phases. To describe the properties of a ferroelectric displacive material at microscopic scale, we must add to the previous description the notion of domain of polarization. When the material is submitted to an external solicitation, the walls separating the different domains move. The study of this motion provides the variation of the polarization, of the deformation, of the permittivity or of the piezoelectric coefficient as a function of applied electric field or mechanical stress (hysteresis and butterfly loops). The role of defects in the material is taken into account by considering pinning and depinning of the walls by these defects. A distinction is carried out between minor loops, for which the density of domain walls is constant, and the major loops where one must take into account the variation of the density of walls

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Issa, Walaa. "Modélisation du couplage thermohydrique dans les matériaux cimentaires." Thesis, Lille 1, 2019. http://www.theses.fr/2019LIL1I112.

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Abstract:

L'évaluation et la prédiction de la durabilité des matériaux à base de ciment nécessitent la connaissance des isothermes de sorption à différentes températures. L’objectif de cette étude est de modéliser les isothermes de désorption des matériaux cimentaires et leur évolution en fonction de la température.Ce travail vise principalement à développer un modèle avec des paramètres reliés au type de matériau, à sa formulation, et à ses caractéristiques microstructurales, hydriques et thermodynamiques.Le réseau poreux est divisé en deux parties principales en se basant sur l'état de l'eau présente : capillaire ou adsorbée.La première partie est la porosité capillaire constituée de deux modes poreux, les grands et les petits pores capillaires. La condensation capillaire lors de la désaturation est modélisée par le modèle de Kosugi bimodal, les paramètres sont déduits à partir des courbes de porosité par intrusion de mercure en considérant une distribution log normale de chaque mode de pores.La deuxième partie est la porosité d'adsorption constituée des micropores et de la couche adsorbée aux parois des pores capillaires, elle est fixée à partir de la porosité à l'eau et la porosité par intrusion de mercure en considérant également une distribution log normale des pores.Le processus de désorption de la couche adsorbée est modélisé par le modèle de BSB à trois paramètres.Le paramètre Wm est déduit à partir de la courbe de distribution fixée à différentes températures, il représente l'effet de la modification du réseau poreux et des propriétés de l'adsorbat avec la température.Les paramètres C et k représentent l'effet de la thermodynamique ; ils sont fixés pour chaque type de matériau à partir des données expérimentales, en considérant une évolution exponentielle en fonction de la température.La combinaison des deux modèles permet la prédiction des courbes d'isotherme de désorption des matériaux cimentaires aux températures modérées sans avoir recours au calage des paramètres.Des isothermes expérimentales sont réalisées pour la validation du modèle combiné
The evaluation and prediction of the durability of cement-based materials require knowledge of sorption isotherms at different temperatures. The objective of this study is to model the isotherms of desorption of cementitious materials and their evolution as a function of temperature.This work is mainly devoted to the development of a model with parameters related to the type of material, its formulation and its microstructural, hydric and thermodynamic characteristics.The porous network is divided into two main parts based on the condition of the water: capillary or adsorbed.The first part, the capillary porosity, consists of two porous modes, the large and small capillary pores. Capillary condensation during desaturation is modelled by the bimodal Kosugi model, the parameters being deduced from the mercury intrusion porosity curves considering a lognormal distribution of each pore mode.The second part is the adsorption porosity consisting of the micropores and the layer adsorbed to the walls of the capillary pores, it is fixed from the water porosity and the mercury intrusion porosity also considering a lognormal distribution of the pores.The desorption process of the adsorbed layer is modelled by the three-parameter BSB model.The parameter W_m is deduced from the distribution curve fixed at different temperatures, it represents the effect of the modification of the porous network and the properties of the adsorbate with temperature.The parameters C and k represent the effect of thermodynamics; they are fixed for each type of material based on experimental data, considering an exponential evolution as a function of temperature.The combination of the two models allows the prediction of the isothermal desorption curves of cementitious materials at moderate temperatures without the need for parameter calibration.Experimental isotherms are performed for the validation of the combined model

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Andrea, Luc. "Modélisation du transport thermique dans des matériaux thermoélectriques." Thesis, Paris 6, 2016. http://www.theses.fr/2016PA066122/document.

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Abstract:

Les matériaux thermoélectriques permettent de convertir de l'énergie thermique en énergie électrique. Leur rendement de conversion trop faible limite cependant leur utilisation à grande échelle. Plusieurs voies d'optimisation sont utilisés afin d'augmenter les rendements de conversion en diminuant la conductivité thermique. Dans cette thèse, nous modélisons les propriétés de transport thermique des matériaux half-Heusler parfaits et dopés qui présentent des propriétés thermoélectriques intéressantes. La méthode repose sur la théorie de la fonctionnelle de la densité pour calculer les propriétés harmoniques et anharmoniques des composés parfaits et déterminer les temps de vie des phonons. Ensuite, ces derniers sont utilisés pour écrire une équation de transport de Boltzmann pour la densité de phonons dont la résolution donne accès à la conductivité thermique. L'inclusion de défauts ponctuels a pour objectif de réduire la conductivité thermique par diffusion des phonons. Pour modéliser leur effet dans un régime de forte concentration une méthode champ moyen a été développée et appliquée aux half-Heusler. Pour traiter le régime dilué, une méthode faisant appel aux fonctions de Green a été utilisée. Ces deux méthodes montrent que des réductions significatives de conductivité thermique des composés NiTiSn, NiZrSn et NiHfSn sont déjà obtenues pour des concentrations de 10 % en dopants
Thermoelectric materials provide a way to convert thermal energy into electrical energy. Nonetheless, their low efficiency is the main obstacle for global scale applications. Experimentally, specific treatments can lead to great improvement in the efficiency, mainly by lowering the thermal conductivity. This thesis is aimed at calculating from first principles, the thermal transport properties in perfect and doped half-Heusler thermoelectric materials. We begin with a theoretical analysis of the harmonic and anharmonic properties of phonons for perfect phases.The density functional theory is used to deduce the phonons lifetime from phonon-phonon interactions. The lifetimes are integrated into the Boltzmann transport equation for the phonon density, which solution allows us to compute fully ab initio the lattice thermal conductivity. The purpose of point defects is to scatter the phonons and thus reduce thermal conductivity. We developed two methods to account for the defects on thermal transport. The first one, based on a mean field approach, is suitable for the high concentration regimes. The second one in the framework of Green functions theory is used for dilute regimes. Both methods consistently show that the main reduction of thermal conductivity is already obtained within around 10 % of solute elements in NiTiSn, NiZrSn and NiHfSn

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Andrea, Luc. "Modélisation du transport thermique dans des matériaux thermoélectriques." Electronic Thesis or Diss., Paris 6, 2016. http://www.theses.fr/2016PA066122.

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Abstract:

Les matériaux thermoélectriques permettent de convertir de l'énergie thermique en énergie électrique. Leur rendement de conversion trop faible limite cependant leur utilisation à grande échelle. Plusieurs voies d'optimisation sont utilisés afin d'augmenter les rendements de conversion en diminuant la conductivité thermique. Dans cette thèse, nous modélisons les propriétés de transport thermique des matériaux half-Heusler parfaits et dopés qui présentent des propriétés thermoélectriques intéressantes. La méthode repose sur la théorie de la fonctionnelle de la densité pour calculer les propriétés harmoniques et anharmoniques des composés parfaits et déterminer les temps de vie des phonons. Ensuite, ces derniers sont utilisés pour écrire une équation de transport de Boltzmann pour la densité de phonons dont la résolution donne accès à la conductivité thermique. L'inclusion de défauts ponctuels a pour objectif de réduire la conductivité thermique par diffusion des phonons. Pour modéliser leur effet dans un régime de forte concentration une méthode champ moyen a été développée et appliquée aux half-Heusler. Pour traiter le régime dilué, une méthode faisant appel aux fonctions de Green a été utilisée. Ces deux méthodes montrent que des réductions significatives de conductivité thermique des composés NiTiSn, NiZrSn et NiHfSn sont déjà obtenues pour des concentrations de 10 % en dopants
Thermoelectric materials provide a way to convert thermal energy into electrical energy. Nonetheless, their low efficiency is the main obstacle for global scale applications. Experimentally, specific treatments can lead to great improvement in the efficiency, mainly by lowering the thermal conductivity. This thesis is aimed at calculating from first principles, the thermal transport properties in perfect and doped half-Heusler thermoelectric materials. We begin with a theoretical analysis of the harmonic and anharmonic properties of phonons for perfect phases.The density functional theory is used to deduce the phonons lifetime from phonon-phonon interactions. The lifetimes are integrated into the Boltzmann transport equation for the phonon density, which solution allows us to compute fully ab initio the lattice thermal conductivity. The purpose of point defects is to scatter the phonons and thus reduce thermal conductivity. We developed two methods to account for the defects on thermal transport. The first one, based on a mean field approach, is suitable for the high concentration regimes. The second one in the framework of Green functions theory is used for dilute regimes. Both methods consistently show that the main reduction of thermal conductivity is already obtained within around 10 % of solute elements in NiTiSn, NiZrSn and NiHfSn

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Largeteau, Alain. "Élaboration, caractérisation et modélisation de céramiques magnétodiélectriques à couches d'arrêt." Bordeaux 1, 1990. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00173432.

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Abstract:

Des céramiques ferrites à couches d'ârret de type spinelle et hautement densifiées ont été élaborées. Si les propriétés diélectriques varient fortement selon les conditions d'élaboration, les propriétés magnétiques sont au contraire peu altérées. Des relaxations diélectriques et d'impédance ont été mises en évidence, elles ont été modélisées ; leurs caractéristiques ont été déterminées en fonction de la composition des grains et des paramètres de préparation des échantillons.

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Mdarhri, A. "Propriétés électromagnétiques de matériaux hétérogènes: Approche expérimentale et modélisation." Phd thesis, Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00583599.

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Abstract:

Ce travail présente, tout d'abord, l'étude des propriétés électriques (conductivité, permittivité) d'une matrice thermoplastique contenant du noir de carbone. Nous mettons en évidence les facteurs influençant ces propriétés en continu, basses fréquences et en micro-ondes à l'aide des techniques de spectroscopie diélectrique dynamique. L'influence de déformations mécaniques uniaxiales sur la permittivité en micro-ondes a été étudiée. Ensuite, les effets de la nature de la matrice et de l'arrangement spatial des nanotubes de carbone multiparois NTC sur les propriétés électriques des composites époxyde/NTC et latex /NTC ont été abordés. Les théories de la percolation et du milieu effectif sont utilisées pour décrire les mécanismes de transport électronique dans ces composites.

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Bouëssel, du Bourg Lila. "Modélisation de verres de tellure, matériaux pour l’optique infrarouge." Thesis, Rennes 1, 2017. http://www.theses.fr/2017REN1S100/document.

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Abstract:

Ce travail de thèse est consacré à la rationalisation de verres de tellure, au fort potentiel applicatif. Les résultats ont été obtenus en utilisant la dynamique moléculaire ab initio et le calcul de paramètres RMN sur différents noyaux. Pour valider nos modèles de verres, les résultats théoriques sont comparés aux données expérimentales disponibles, comme les facteurs de structure neutroniques ou des rayons X, ainsi que les spectres RMN du solide. La première partie décrit les méthodes théoriques employées, tandis que les deux chapitres qui suivent se concentrent sur l’utilisation du formalisme GIPAW pour le calcul des paramètres RMN du 73Ge et du 125Te sur des systèmes cristallins et/ou moléculaires. Dans le cas du 125Te, nous avons calibré une fonction linéaire qui relie l’écrantage isotrope calculé au déplacement chimique isotrope. Pour le 73Ge, nous avons pris en compte des effets thermiques pour obtenir des paramètres RMN moyens, en considérant plusieurs configurations extraites d’une dynamique moléculaire à 300 K. La partie suivante est une étude structurale du verre GeTe4, où l’impact de la taille des cellules modélisées et de la fonctionnelle utilisée, ont été analysés. Une confrontation des facteurs de structure théoriques avec ceux obtenus expérimentalement, permet la description de la première sphère de coordination des tellures et des germaniums. La comparaison des spectres RMN expérimentaux et théoriques du 125Te ne vient pas infirmer ces résultats. Les cinquième et sixième chapitres portent sur l’étude des systèmes ternaires Ge-Te-Se et Ge-Ga-Te. La validation de nos modèles par la RMN des 77Se, 125Te, 69Ga et 71Ga, et par les facteurs de structure, nous a permis de caractériser le rôle du sélénium ou du gallium sur la structuration de ces verres. Le dernier chapitre est consacré à l’étude de verre de chalcohalogénures du système binaire Te-Cl. La RMN du solide, les méthodes de diffractions de neutrons et des rayons X, combinées à des calculs ab initio ont permis de faire évoluer les précédents modèles structuraux proposés
This thesis is devoted to the rationalisation of telluride glasses, with a high applicative potential. Results have been obtained using ab initio molecular dynamics and NMR parameters calculations on different nuclei. In order to validate our glasses models, theoretical results have been compared to available experimental data, as neutron or X-rays scattering structure factors or NMR spectra. The first part describes theoretical methods employed, whereas the two next chapters focus on the use of GIPAW formalism to obtain NMR parameters of 73Ge and 125Te, on crystalline and/or molecular systems. In the case of 125Te, we calibrated a linear function that relates calculated isotropic shielding and isotropic chemical shift. For the 73Ge, we took into account thermal effect to get averaged NMR parameters, by considering several configurations taken from a 300 K molecular dynamics. The next part is a structural study of amorphous GeTe4, where the impact of the size of simulated cells and the functional used, has been analysed. A comparison of theoretical and experimental structure factors, allowed a description of germanium and tellurium first coordination sphere. The comparison of experimental and theoretical 125Te NMR spectra did not disprove these results. Fifth and sixth parts deal with glasses of ternary systems Ge-Se-Te and Ge-Ga-Te. The validation of our models with 77Se, 125Te, 69Ga and 71Ga NMR and structure factors, permitted us to characterize the role of selenium or gallium on glasses structures. Last chapter is dedicated to chalcohalide glasses from the binary system Te-Cl. Solid state NMR, X-rays and neutron diffraction, combined with ab initio calculations, let us make changes in previews suggested structural models

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Verron, Erwan. "Modélisation du comportement des structures et des matériaux élastomères." Habilitation à diriger des recherches, Université de Nantes, 2003. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00833719.

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Abstract:

Dans le deuxième chapitre, intitulé Soufflage de membranes en grandes transformations, sont présentés les travaux relatifs à la modélisation et à la simulation du comportement des membranes hyperélastiques. Le cadre général de ces travaux est la simulation du soufflage de membranes souples soumises à de très grandes déformations. La pression de gonflage est supposée uniforme à l'intérieur de la membrane. Les matériaux considérés se comportent comme le caoutchouc : ils sont supposés isotropes et incompressibles, et les lois de comportement utilisées sont hyperélastiques. Ce type d'études est nécessaire à la compréhension des phénomènes mis en jeu dans des domaines divers, comme par exemple la biomécanique pour comprendre la réponse des membranes biologiques aux sollicitations mécaniques ou pour la simulation de la mise en forme des corps creux en plastique. Ces travaux ne portent pas sur une application particulière, mais plutôt sur le problème général de la simulation du phénomène de soufflage. Plus précisément, on s'intéresse ici au développement de nouveaux éléments finis adaptés aux difficultés engendrées par les grandes déformations aussi bien pour les problèmes axisymétriques que non-axisymétriques, ainsi qu'à l'étude de la stabilité de ces structures. En premier lieu, un bref état de l'art du domaine est proposé. Les travaux recensés se limitent strictement aux trois aspects du problème qui nous intéressent : les formulations axisymétriques et non-axisymétriques, ainsi que les problèmes d'instabilité. Dans la deuxième partie sont présentées deux formulations de type éléments finis adaptées aux problèmes de soufflage. L'objectif de ces deux modèles est la réduction du nombre de degrés de liberté nécessaires à l'étude des membranes en grandes transformations en améliorant les méthodes d'interpolation. La première formulation concerne l'utilisation de fonctions splines pour interpoler les membranes axisymétriques, et la seconde enrichit l'élément fini Q4 classique afin d'assurer la continuité de la métrique pour les applications non-axisymétriques. Finalement, la troisième et dernière partie présente quelques résultats relatifs aux problèmes d'instabilité et de bifurcation qui apparaissent lors du gonflage de membranes souples. La seconde thématique de mes travaux revêt un caractère plus " matériau " que la première. En effet, ce deuxième axe de recherche s'intéresse à la prédiction de la durée de vie en fatigue des pièces élastomères. Au travers de collaborations industrielles et universitaires, le Groupe de Travail en Fatigue des Elastomères (GTFE) a été mis en place en 2000. Ce groupe de travail regroupe des universitaires, des industriels et un centre de transfert. La variété des acteurs intervenant dans le GTFE a permis de définir précisément les objectifs visés par les partenaires industriels, et d'élaborer les stratégies scientifiques nécessaires pour les atteindre. Du point de vue industriel, l'objectif principal de ces travaux est l'élaboration d'outils de simulation permettant la prédiction de la durée de vie en fatigue des pièces anti-vibratoires du secteur automobile (supports moteur, supports d'échappement, ...). Du point de vue scientifique, la question de la fatigue des élastomères est un problème ouvert. Pour s'attaquer à ce problème, trois voies d'étude ont été ouvertes : la première vise à se doter de lois de comportement efficaces pour les élastomères, la deuxième concerne le phénomène d'initiation et plus particulièrement la détermination des causes physiques de cette fissuration, et finalement le troisième domaine d'étude s'intéresse à la fatigue proprement dite et a pour objectif la détermination des facteurs endommageants sous chargement cyclique.

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Nguyen, Thu Trang. "Modélisation par éléments finis de matériaux composites magnéto-électriques." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00663218.

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Abstract:

Cette thèse présente la modélisation de l'effet magnéto-électrique dans les matériaux composites par la méthode des éléments finis. Les matériaux composites magnéto-électriques sont la combinaison de matériaux piézoélectriques et magnétostrictifs. Les lois de comportement ont été établies en associant les lois de comportement piézoélectrique et magnétostrictive. Le modèle piézoélectrique a été supposée linéaire, contrairement au magnétostrictif qui est non-linéaire. Afin de modéliser des dispositifs dans lequel il y a coexistence d'un champ statique et d'un champ dynamique de faible amplitude, nous avons proposé une étape de linéarisation des lois de comportement. Cette étape consiste à déterminer le point de fonctionnement fixé par le champ statique pour ensuite calculer la variation autour de ce point associée au champ dynamique. Les deux lois de comportement ont ensuite été intégrées dans un code éléments finis 2D. Le code de calcul éléments finis a ensuite été exploité pour différents dispositifs déjà mis en ?uvre expérimentalement dans la littérature. La première application est une inductance variable contrôlée par un champ électrique. Malgré une méconnaissance de certaines valeurs des propriétés des matériaux, le calcul numérique et les résultats expérimentaux sont en bon accord d'un point de vue qualitatif. Les travaux nous ont permis de modéliser des capteurs de champ magnétique. Ces capteurs ont pour but de détecter précisément un champ magnétique statique dans le plan de travail. La comparaison des résultats numériques et expérimentaux a montré à nouveau une bonne concordance qualitative. Quelques améliorations de la structure du dispositif ont été proposées et évaluées à l'aide du modèle développé.

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Dumazet, Sylvain. "Modélisation de l'apparence visuelle des matériaux - Rendu Physiquement réaliste." Phd thesis, Ecole Centrale Paris, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00470649.

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Abstract:

Placé à la frontière entre l'informatique graphique et la physique, le rendu d'image physiquement réaliste est un domaine qui tente de créer des images en simulant le comportement optique des matériaux. Les applications sont multiples : restauration virtuelle d'oeuvre du patrimoine, simulation d'effets optiques, rendu industriel pour la conception, voire même, conception assistée par ordinateur de la couleur. Cette thèse présente les travaux réalisés au cours du projet Virtuelium, un logiciel de rendu d'image physiquement réaliste dont la quatrième version a été développée dans le cadre de cette thèse. Elle en présente les principes et méthodologies utilisés pour les mesures et la validation des résultats. Nous présentons aussi plusieurs travaux réalisés durant cette thèse avec cet outil : de la restauration virtuelle à la bio-photonique sans oublier un aperçu de rendu de "matériaux à effet", pour des applications industrielles (peintures, encres, cosmétiques, etc.).

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Lenoir, Gilles. "Caractérisation et modélisation du comportement mécanique de matériaux supraconducteurs." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLC044/document.

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Abstract:

Les câbles supraconducteurs sont largement utilisés dans le domaine des aimants à haut champ et sont en plein développement pour le transport de l’énergie. Un câble est un assemblage complexe de fils composites, euxmêmes constitués de filaments supraconducteurs torsadés dans une matrice métallique et entourés d’une couronne. La dépendance des brins supraconducteurs à la déformation est connue pour être responsable de la dégradation des performances électriques des câbles. La compréhension et la prédiction du comportement mécanique des brins est donc nécessaire afin de prédire les propriétés électriques des câbles dans le but d’optimiser leur mise en forme pour augmenter leurs performances (champ magnétique et capacité de transport).Une caractérisation mécanique multi-échelle de brins Nb3Sn et MgB2 a été réalisée au travers d’essais sur brins complets et sur brins dont la couronne a été dissoute. Un dispositif d’essais a été développé dans le cadre d’essais uniaxiaux sur fil fragile de faible diamètre. Des essais de nano-indentation ont permis d’accéder aux propriétés locales des matériaux constituants les brins. Une stratégie de modélisation et d’identification du comportement mécanique des brins a été développée. La modélisation repose sur une représentation simplifiée de la structure construite à partir des fractions volumiques et des essais de nano-indentation. L’identification des paramètres des lois de comportement est réalisée en utilisant la base de données expérimentales construite préalablement. Les modèles ainsi identifiés vont nourrir les futures simulations mécanique et électrique couplées de câbles.Une discussion sur l’endommagement des brins est menée au travers de l’étude de la localisation de la déformation observée dans certains brins, d’observations après des essais de traction interrompus et d’essais de traction in situ à un tomographe à rayons X
Superconducting cables are widely used in high field magnets and have recently been extended to electricity transport. Cables are composed of a complex assembly of superconducting strands, themselves composed of superconducting filaments twisted in a metallic matrix and surrounded by an outerlayer. The electrical-strain dependence of individual strands is known to be responsible for the degradation of the electrical performance of cables. Thus, it is necessary to understand and predict the mechanical behavior at the strand scale to predict the electrical properties and optimize the manufacturing process of cables to achieve higher fields and better transport capabilities.A multi-scale mechanical characterization of Nb3Sn and MgB2 strands was carried out through tests on complete strands and strands without an outer-layer. A specific device was developed for uniaxial tests on small brittle wire. Nano-indentation tests were also carried out to access to the local properties of each material in the strand.A strategy for the modeling and identification of the mechanical behavior of strands was developed. The model is based on a simplified representation of the structure built from the component volume fractions and the nanoindentation tests. The identification of the parameters is carried out using the experimental database previously developed. The model is intended to be subsequently used to simulate the coupled mechanical and electrical behavior of cables.Discussion about damage phenomenon in strands is carried out through the study of strain localization observed in strands, observations and analyses after interrupted tests, and tensile tests performed in an X-ray tomograph

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Piacenza, Guy. "Nouveaux matériaux énergétiques, modélisation et préparation de polyamines hétérocycliques." Aix-Marseille 3, 1997. http://www.theses.fr/1997AIX30081.

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Abstract:

Notre travail porte sur la recherche de nouveaux materiaux energetiques en particulier sur la modelisation et la preparation de polyamines heterocycliques. Nous avons realise une approche integree de synthese de precurseurs de nitramines heterocycliques orientee par la prediction de leur structure moleculaire et de leurs proprietes physico-chimiques. Nous avons axe nos syntheses sur des molecules cage basees sur une chimie du glyoxal, du formaldehyde et des amines. Nous avons ainsi etudie successivement des molecules monocycliques de type hexahydro-s-triazine, bicycliques apparentees au glycolurile puis polycycliques avec les squelettes de l'adamantane et de l'isowurtzitane. Nous avons synthetise des methylene bisamides non carboxyliques qui vont servir a introduire de nouveaux liberables. Nous avons effectue la premiere etude de fond (experimentale et theorique par la methode am1) sur la nitration des amines substituees avec 14 groupements liberables differents afin de mieux comprendre le mecanisme de cette reaction. Nous avons ainsi obtenu un classement des groupements liberables electrophiles qui est en bon accord avec l'etude experimentale. Grace a la mecanique quantique et moleculaire, nous avons effectue une etude comparative modelisation moleculaire-structures par rayons x pour deux familles de composes, precurseurs de materiaux energetiques : les tetraaza bicylo3. 3. 1nonane-diones et les hexahydro-s-triazines. Nous avons developpe une methode de prediction de la densite des solides et des liquides a partir de la mecanique moleculaire et avons realise une analyse critique des methodes existantes afin de faire le point sur leurs possibilites, leurs ameliorations possibles et sur leurs limites.

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Ghaouti, Abdelwahab. "Modélisation numérique des matériaux granulaires à interactions à distance." Ecully, Ecole centrale de Lyon, 1995. http://bibli.ec-lyon.fr/exl-doc/TH_T1641_aghaouti.pdf.

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Abstract:

L'objectif de la thèse est la simulation du comportement des matériaux granulaires à interactions à distance à l'aide du code de calcul TRUBAL développé par Peter Cundall. Ce logiciel qui est à la base de ces simulations numériques est tout d'abord décrit en rappelant le principe de la Méthode dite des Eléments Discrets (M. E. D. ) et les différentes particularités de ce logiciel. Dans cette méthode, le mouvement des particules est décrit par la résolution des équations du mouvement et les forces de contact s'obtiennent par implication d'une loi de contact. L'approche théorique développée, à l'Ecole Centrale de Lyon, qui relie le comportement global d'un milieu granulaire à son comportement local est ensuite présentée: l'approche par homogénéisation statistique. Le premier milieu étudié est le milieu forme de bulles de savon pour lequel de nombreuses expériences menées au Laboratoire de Tribologie et Dynamique des Systèmes a l'Ecole Centrale de Lyon ont servi de support. L'interaction entre les bulles de savon comporte un terme attractif à longue distance, qui a nécessité des modifications du logiciel, et un terme répulsif à courte distance. Les simulations homogènes effectuées ont montré que le comportement simulé est représentatif du comportement habituellement observé. L'effet de l'ensemble des forces d'attraction est décrit par un tenseur de contraintes de cohésion qui a été défini par homogénéisation. L'expression de celui ci est obtenue en utilisant une fonction de distribution radiale. L'utilisation de l'approche par homogénéisation a permis également de définir le comportement global du milieu à partir d'une loi locale élastique: les résultats numériques sont en bon accord avec la théorie. Deux essais non homogènes sur ce milieu ont montré la capacité de la M. E. D. à simuler des problèmes réels sur les interfaces: l'essai d'indentation d'une couche mince par un indenteur cristallin et l'essai d'usure au cours d'un cisaillement alterné (probleme du troisième corps). Le deuxième milieu étudié est le milieu granulaire en présence de forces capillaires. La modélisation de la force capillaire par la relation de Laplace-Young a permis de réaliser des simulations homogènes et non-homogènes sur ce type de milieu. Un essai triaxial non confiné montre l'influence de la présence d'eau sur le comportement du milieu. Par contre, sous un confinement important, cette influence est faible. Des essais non-homogènes concernent les écoulements bidimensionnels dans les silos, en présence ou non de cohésion capillaire, en fonction de la taille d'ouverture et de l'inclinaison du fond. La formation de voûtes est étudiée en particulier ainsi que la distribution des contraintes le long des parois. L'ensemble de ces résultats montre l'intérêt de la méthode des éléments discrets pour l'analyse fine du comportement des milieux granulaires à interaction à distance
The numerical simulation of the behaviour of granular materials interacting at large scale, using the TRUBAL software of Peter Cundall, is the topic of this thesis. This software is described by recalling the principle of the Discrete Element Method (D. E. M. ) and the particularity of TRUBAL. In this method, particles motion is described by integration of motion equations and contact forces are calculated by using an appropriate contact law. The theoretical approach developed at "Ecole Centrale de Lyon" that lies the global behaviour of a granular material to its local behaviour is then presented : the statistical homogenisation approach. The first medium studied is the soap bubbles medium for which many experiments made at "Laboratoire de Tribologie et Dynamique des Systemes" of the "Ecole Centrale de Lyon" help us to fixe the modelling. The interaction law between soap bubbles is formed by an attractive part at large scale, which requires modifications of the Trubal software, and a linear elastic part at short scale. Homogeneous tests showed that the simulated behaviour is representative of the behaviour generally observed. The effect of the set of attractive forces is described by using a cohesive stress tensor which was defined by homogenisation. The expression of the tensor is obtained by using a radial distribution function. The homogenisation approach allowed to define the global behaviour of the medium from the local contact law : numerical tests are in good agreement with the theory. Two non-homogeneous tests showed the ability to use the Trubal software to simulate Tribological problems on interfaces: the indentation test of a thin half layer with a crystalline punch and the alternate shearing (friction and wear) of an amorphous layer (third body). The second medium studied is a granular material with capillary forces. The modelling of the capillary forces by the Laplace-Young relation allowed to carry out homogeneous and non-homogeneous tests. A non-confined triaxial test showed the influence on the behaviour of the water presence in the medium. Otherwise the influence is negligible under an important confinement. Non-homogeneous tests concern bidimensionnal flows in silos in different conditions: capillary cohesion (moisture content) or not, the outlet width ant the angle of the walls. The formation of arches is particularly studied as well as the stress distribution on the walls. The set of this results show the advantage of the Discrete Element Method to analyse the behaviour of granular materials interacting at large scale

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Laradi, Nadir. "Modélisation du comportement des matériaux traites aux liants hydrocarbones." Lyon, INSA, 1990. http://www.theses.fr/1990ISAL0063.

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Abstract:

Ce travail s'inscrit dans une démarche visant à améliorer les règles de dimensionnement des ouvrages du Génie civil. Le cadre général de la recherche est celui de la mécanique des milieux continus, il correspond à une évolution actuelle des méthodes utilisées en Génie Civil. La première partie est consacrée aux divers outils mathématiques nécessaire à la description des milieux continus, et aux lois rhéologiques des géo-matériaux. Dans la seconde partie, nous présentons les essais classiques et particuliers sur les enrobés bitumineux. Ensuite les principaux résultats d'une étude expérimentale concernant l'évolution des propriétés mécaniques d'un enrobé bitumineux, Cette étude a été réalisée à l'aide d'un appareillage sophistiqué : l'essai tri axial de révolution automatisée développe au laboratoire Géomatériaux de l'E. N. T,P,E. Enfin, nous présentons une simulation numérique de certains essais homogènes en utilisant un formalisme rhéologique proposé par le prof. DI BENEDETTO. L'étude expérimentale de l'évolution de la réponse d'un enrobé bitumineux selon la direction de sollicitation est présentée, dans la troisième partie (ANISOTROPIE]. Enfin, nous consacrons la quatrième partie à une étude théorique de l'évolution du module d'YOUNG E selon la direction de sollicitation en utilisant quelques lois de comportement développées pour les géo-matériaux
[This study tends to improve the structural calculation rules in Civil Engineering. Th general frame of this research is that the continuum mechanics, according to the actual evolution of the methods used in Civil Engineering. This first part deals with several mathematical tools useful to describe the continuum mediums, and the constitutive laws of geo-materials. In the second part, we present the classical tests carried out on bituminous concrete and the specific ones. Then, we present the main results of the experimental study about the evolution of the mechanical properties of a bituminous concrete, This stud has been carried out with the help of a sophisticated apparatus : the automatized revolution triaxial test developed in. The Geomaterials laboratory of the E. N. T. P. L Finally, we present a numerical simulation of some of the homogeneous tests using DI BENEDETTO's constitutive law. The experimental study of the evolution of the response of a bituminous concrete according to the direction of solicitation (ANISOTROPY OF THE MATERIALS. At last, the fourth part is devoted to the theoretical study of the evolution of the "YOUNG"'s modulus E according to the direction of the solicitation, using the behaviour constitutive laws developed for geo-materials. ]

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Quirion, Yann. "Impact sur matériaux métalliques : modélisation des phénomènes de rupture." Nantes, 2003. http://www.theses.fr/2003NANT2103.

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Abstract:

Notre étude contribue au développement de simulations numériques fiables permettant l'identification de lois de vulnérabilité empiriques. Nous souhaitons prédire lors de l'impact d'éclats métalliques sur plaques métalliques, la perforation de la cible ainsi que la fragmentation du projectile et de la cible. Ces phénomènes de rupture sont représentés par des conditions de bifurcation en vitesse dans l'équilibre thermomécanique. Un modèle Thermo Elastique Plastique Viscoplastique (TEPV) est développé et identifié. Deux variables distinctes sont choisies pour décrire la plasticité et la viscoplasticité. La loi de comportement TEPV et le critère de bifurcation sont implémentés dans le code de calcul ABAQUS/Explicit. Un schéma temporel explicite couplé avec un critère de convergence de sous-incrémentation est employé. Les résultats de simulation sont compatibles avec les observations expérimentales pour des impacts à 1000 m/s à incidence normale et oblique (45ʿ)
Our work contributes to the substitution of expensive trials by reliable simulations allowing the identification of empirical laws of vulnerability. In particular, we want to predict, in case of metallic fragments impact on metallic plates, the perforation of the target as well as the fragmentation of the projectile and the target. We choose to represent these rupture phenomena by loss of uniqueness for the solution of the thermomechanical balance equation. A Thermo Elastic Plastic Viscoplastic (TEPV) model is developed and identified. Two separated variables are introduced to describe plasticity on the one hand and viscoplasticity on the other hand. These two issues are implemented in the finite elements code ABAQUS/Explicit. An explicit scheme with a convergence criterion of sub-incrementation is used to integrate the strain rate. The simulation results confirm the experimental tendencies for impacts at 1000 m/s with normal and slant incidence (45ʿ)

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Mdarhri, Ahmed. "Propriétés électromagnétiques de matériaux hétérogènes : approche expérimentale et modélisation." Bordeaux 1, 2007. http://www.theses.fr/2007BOR13372.

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Abstract:

Ce travail présente, tout d'abord, l'étude des propriétés électriques (conductivité, permittivité) d'une matrice thermoplastique contenant du noir de carbone. Nous mettons en évidence les facteurs influençant ces propriétés en continu, basses fréquences et en micro-ondes à l'aide des techniques de spectroscopie diélectrique dynamique. L'influence de déformations mécaniques uniaxiales sur la permittivité en micro-ondes a été étudiée. Ensuite, les effets de la nature de la matrice et de l'arrangement spatial des nanotubes de carbone multiparois NTC sur les propriétés électriques des composites époxyde/NTC et latex/NTC ont été abordés. Les théories de la percolation et du milieu effectif sont utilisées pour décrire les mécanismes de tansport électronique dans ces composites.

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Gaillac, Romain. "Modélisation moléculaire des propriétés physico-chimiques de matériaux microporeux." Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018PSLEC005.

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Abstract:

Dans cette thèse, on réalise des études basées sur les méthodes de simulation numérique (Dynamique moléculaire ab initio notamment) des propriétés physico-chimiques des adsorbants cristallins utilisés industriellement, comme les zéolithes,ou qui pourraient l’être dans le futur, comme les matériaux hybrides MOFs (Metal–Organic Frameworks). On s’intéresse en premier lieu aux propriétés d’adsorption des fluides moléculaires et de leurs mélanges, mais aussi au comportement mécanique et thermique des solides nanoporeux. Il s'agit d'expliciter des relations structure-propriétés, par le biais de simulations multi-échelle, pour établir une véritable approche de design rationnel de tels matériaux
During this PhD, we perform studies based on numerical simulation (Ab initio molecular dynamics for instance) of physico-chemical properties for crystalline adsorbents industrially used, like zeolites,or could be used someday, like hybrid materials or MOFs (Metal–Organic Frameworks). We are primarily interested in adsorption properties of molecular fluids and their mixtures but also in the mechanical and thermal behaviors of nanoporous solids. The aim is to reveal relationships between molecular structures and properties, via multiscale modeling, to construct a rational design approach for such materials

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Ben, Bettaieb Mohamed. "Modélisation du comportement des matériaux polycristallins par homogénéisation périodique." Aix-Marseille 2, 2006. http://theses.univ-amu.fr.lama.univ-amu.fr/2006AIX22067.pdf.

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Abstract:

On propose dans ce travail une approche numérique basée sur la méthode des EF2. Cette méthode consiste à discrétiser la structure en éléments finis et à considérer que chaque point d’intégration macroscopique du maillage de la structure est une cellule de base constituée par des monocristaux. Ces cellules de base sont elles-mêmes discrétisées en éléments finis. La transition entre les deux échelles géométriques est assurée par la technique d’homogénéisation périodique. Ainsi, l’apport de notre démarche numérique est effectué sur trois échelles géométriques différentes : le monocristal, le polycristal et la structure polycristalline. À l’échelle du monocristal, nous avons développé deux algorithmes numériques permettant l’intégration locale de sa loi de comportement. À l’échelle du polycristal, nous avons établi l’équivalence eulérienne-lagrangienne dans le contexte de l’homogénéisation périodique
We propose in this work an approach based on the multilevel finite element method (FE2). This method consists in meshing the structure in finite elements and considering that each macroscopic integration point of the structure mesh is a basic cell composed by several single crystals. These basic cells themselves are meshed in finite elements. The transition between the two geometrical scales is ensured by the periodic homogenization technique. Thus the contribution of our numerical approach is carried out on three different geometrical scales: the single crystal, the polycrystal and the polycrystalline structure. On the single crystal scale, we developed two numerical algorithms allowing the local integration of its behavior law. On the polycrystal scale, we established the eulerian-lagrangian equivalence in the context of the periodic homogenization

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Ly, Hai Bang. "Matériaux polymères fonctionnalisés à double porosité : conception et modélisation." Thesis, Paris Est, 2015. http://www.theses.fr/2015PESC1144/document.

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Abstract:

Les matériaux polymères poreux font l'objet d'intenses recherches depuis de nombreuses années et présentent certains avantages importants par rapport à leurs homologues inorganiques, comme des propriétés mécaniques modulables, une fonctionnalisation aisée et surtout un coût de production plus faible. Au cours de la dernière décennie, les matériaux à double porosité ont attiré une attention particulière de la communauté scientifique car ces matériaux offrent de nouvelles perspectives intéressantes pour l'élaboration de matériaux durables. Le rôle de chaque niveau de porosité est différent et associé à des processus de transfert de masse distincts. Les macropores (~ 100 µm) permettraient l'écoulement de macromolécules ou de cellules à travers le matériau, tandis qu'un réseau nanoporeux (10-100 nm) serait dédié au passage de molécules plus petites, agissant ainsi comme un deuxième mécanisme de transport, en particulier lorsque des macropores sont totalement obstrués. La première partie de ce travail porte sur le développement d'approches polyvalentes et efficaces pour la préparation de matériaux à double porosité biocompatibles à base de poly(méthacrylate de 2-hydroxyéthyle) (PHEMA). La première approche a reposé sur l'utilisation de deux types distincts de gabarits porogènes, à savoir un macroporogène et un nanoporogène. Pour générer la macroporosité, soit des particules de NaCl ou des billes de PMMA, pouvant être fusionnées ou non, ont été utilisées afin de contrôler la morphologie l'interconnectivité des pores. Le nanoporosité a été obtenue en utilisant diverses quantités de différents solvants porogènes, générant ainsi une large gamme de distributions de tailles de pores pour ce second niveau de porosité. La seconde méthodologie a été fondée sur le procédé de séparation de phases induite thermiquement. Un mélange de co-solvants constitué de dioxane et d'eau a été utilisé pour solubiliser le PHEMA linéaire préalablement préparé, suivi par un processus de solidification par congélation du mélange de co-solvants / PHEMA, et sublimation consécutive des co-solvants pour produire les matériaux de PHEMA biporeux correspondants. Enfin, les matériaux à double porosité ont été valorisés à travers différentes réactions de fonctionnalisation en utilisant la chimie du carbonyldiimidazole, et l'immobilisation postérieure de nanoparticules d'or générées in-situ. De tels matériaux hybrides à double porosité se sont avérés être des supports catalytiques efficaces.Dans la deuxième partie, nous avons déterminé numériquement la perméabilité des matériaux à double porosité. La méthodologie a été fondée sur une approche à double changement d'échelle dans le cadre des théories d'homogénéisation périodique et sur des calculs de cellules élémentaires. Le premier changement d'échelle a consisté à déterminer une première perméabilité associée au réseau de nanopores. A cette échelle, les pores ont été saturés par un fluide visqueux obéissant aux équations de Stokes et le problème a été résolu par une approche classiques d'éléments finis ou en utilisant des techniques plus récentes à base de la transformée de Fourier rapide. À l'échelle mésoscopique, l'écoulement du fluide a obéi aux équations de Stokes dans les macropores et aux équations de Darcy dans le solide perméable. Le problème de cellules élémentaires couplant les équations de Darcy et Stokes a été résolu par la méthode des éléments finis afin de calculer la perméabilité macroscopique finale. Dans cette optique, nous avons développé une méthode fondée sur une formulation variationnelle mixte qui a été mise en œuvre en prenant différents éléments dans les domaines de solide et fluide. Divers exemples 2D et 3D sont fournis pour illustrer la précision et la capacité des méthodes numériques proposées pour calculer la perméabilité macroscopique des matériaux biporeux
Polymer-based porous materials have been the subject of intense research for many years and present some important advantages over their inorganic counterparts, such as tunable mechanical properties, ease to be functionalized, and especially lower production cost. Over the last decade, materials with dual porosity have attracted a particular attention from the scientific community, as these peculiar materials offer new interesting perspectives for engineering sustainable materials. The role of each porosity level is different and associated with distinct mass transfer processes. Macropores (~100 µm) would allow macromolecules and cells flow through the material, while a nanoporous network (10-100 nm) would be dedicated to the passage of smaller molecules, thus acting as a second transport mechanism, especially when macropores are totally clogged. The first part of this work addresses the development of versatile and effective approaches to biocompatible doubly porous poly(2-hydroxyethyl methacrylate) (PHEMA)-based materials. The first approach relied on the use of two distinct types of porogen templates, i.e. a macroporogen and a nanoporogen. To generate the macroporosity, either NaCl particles or PMMA beads that could be fused or not, were used in order to control the pore morphology and interconnectivity of the materials. The nanoporosity was obtained by using various amounts of different porogenic solvents, thus generating a wide range of pore size distributions for this second porosity level. The second methodology was based on the thermally-induced phase separation process. A co-solvent mixture constituted of dioxane and water was used to solubilize previously prepared linear PHEMA, followed by a solidification process by freezing the co-solvents/PHEMA mixture, and subsequent sublimation of the co-solvents to generate the corresponding biporous PHEMA materials. Finally, advantage of doubly porous materials was taken through different functionalization reactions using carbonyldiimidazole chemistry, and further immobilization of in-situ generated gold nanoparticles. Such hybrid doubly porous materials proved to act as efficient catalytic supports. In the second part, we numerically determined the permeability of doubly porous materials. The methodology was based on a double upscaling approach in the field of periodic homogenization theories and on unit cell calculations. The first upscaling consisted in the determination of a first permeability associated with the array of nanoscopic pores. At this scale, the pores were saturated by a viscous fluid obeying the Stokes equations and the problem was solved by means of standard Finite-Element approaches or using more recent techniques based on Fast Fourier Transform. At the mesoscopic scale, the fluid flow obeyed the Stokes equations in the macropores and the Darcy equations in the permeable solid. The unit cell problem coupling Darcy and Stokes equations was solved by the Finite Element method in order to compute the final macroscopic permeability. To this purpose, we developed a method based on a mixed variational formulation which was implemented by taking different elements in the solid and fluid regions. Various 2D and 3D examples were provided to illustrate the accuracy and the capacity of the proposed numerical methods to compute the macroscopic permeability of biporous materials

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Nguyen, Thanh Hai. "Modélisation numérique et rhéologie des matériaux à particules déformables." Thesis, Montpellier, 2016. http://www.theses.fr/2016MONTT273/document.

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Abstract:

Les matériaux à particules hautement déformables sont des formes complexes de matière avec de nombreuses applications en chimie, pharmacie, cosmétique et agro-alimentaire. L’effet conjugué du désordre et des grandes déformations des particules conduit à des propriétés mécaniques nouvelles par rapport aux matériaux à particules indéformables. En particulier, la compressibilité et la résistance au cisaillement sont contrôlées par une combinaison de réarrangements et de changement de forme des particules. Dans ce travail de thèse, nous avons développé une approche numérique originale pour la simulation de ces systèmes. Pour permettre aux particules de se déformer indéfiniment, nous avons modélisé chaque particule par un agrégat de particules primaires sans frottement qui interagissent par une force d’attraction de type Lennard-Jones et une contrainte de non-interpénétration. La dissipation d’énergie par collisions inélastiques entre les particules primaires confère un caractère plastique aux déformations des particules. Nous avons utilisé ce modèle pour étudier les propriétés de compaction et de cisaillement de ces systèmes. Nos résultats ont permis de mettre en évidence le caractère non-linéaire de la compressibilité lorsque la compacité progressivement augmente au-delà de celles des assemblages de particules indéformables. Sous cisaillement, un état critique est atteint avec une dilatance contrôlée par la pression de confinement. Dans cet état, nous avons exploré les distributions des formes des particules, les textures et les distributions des forces pour différentes valeurs de la pression. Nous avons également comparé la compressibilité simulée par l’approche développée avec celle obtenue par la Méthode de Points Matériels (MPM) en utilisant des particules élastiques
Soft-particle materials are complex forms of matter that occur in numerous applications in chemical, pharmaceutical, cosmetic and food products. Joint effects of disorder and large particle deformations lead to novel mechanical properties that differ from those of rigid-particle materials. In particular, the compressibility and shear resistance depend on both particle rearrangements and their shape change. In this doctoral work, we developed an original approach for numerical simulation of these systems. To allow the particles to deform without breakage, each particle is modeled as an aggregate of frictionless primary particles interacting via a Lennard-Jones attraction force and impenetrability constraints. Energy dissipation by inelastic collisions between primary particles leads to the plastic nature of particle deformations. This model was used to investigate the compaction and shear behavior of soft-particle systems. We find that the compressibility is strongly nonlinear as the packing fraction increases beyond that of a random close packing of rigid particles. In continuous shearing, a critical state is reached with a dilatancy that depends on the confining pressure. In this state, we investigate the shear resistance, distributions of particle shapes, fabric properties and inter-particle forces as a function of the confining pressure. We also compare our results with those obtained by using the Material Point Method (MPM) with elastic particles

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Koutsawa-Tchalla, Adjovi Abueno Kanika C.-M. "Contribution à la modélisation multi-échelle des matériaux composites." Thesis, Université de Lorraine, 2015. http://www.theses.fr/2015LORR0119.

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Abstract:

Nous proposons dans cette thèse diverses approches, pour l'amélioration de la modélisation et la simulation multi-échelle du comportement des matériaux composites. La modélisation précise et fiable de la réponse mécanique des matériaux composite demeure un défi majeur. L'objectif de ce travail est de développer des méthodologies simplifiées et basées sur des techniques d'homogénéisation existantes (numériques et analytiques) pour une prédiction efficiente du comportement non-linéaire de ces matériaux. Dans un premier temps un choix à été porté sur les techniques d'homogénéisation par champs moyens pour étudier le comportement élastoplastique et les phénomènes d'endommagement ductile dans les composites. Bien que restrictives, ces techniques demeurent les meilleures en termes de coût de calcul et d'efficacité. Deux méthodes ont été investiguées à cet effet: le Schéma Incrémental Micromécanique (SIM) en modélisation mono-site et le modèle Mori-Tanaka en modélisation multi-site (MTMS). Dans le cas d'étude du comportement élastoplastique, nous avons d'une part montré et validé par la méthode des éléments finis que la technique d'homogénéisation SIM donne un résultat plus précis de la modélisation des composites à fraction volumique élevée que celle de Mori-Tanaka, fréquemment utilisée dans la littérature. D'autre part nous avons étendu le modèle de Mori-Tanaka (M-T) généralement formulé en mono-site à la formulation en multi-site pour l'étude du comportement élastoplastique des composites à microstructure ordonnée. Cette approche montre que la formulation en multi-site produit des résultats concordants avec les solutions éléments finis et expérimentales. Dans la suite de nos travaux, le modèle d'endommagement ductile de Lemaître-Chaboche a été intégré à la modélisation du comportement élastoplastique dans les composites dans une modélisation multi-échelle basée sur le SIM. Cette dernière étude révèle la capacité du modèle SIM à capter les effets d'endommagement dans le matériau. Cependant, la question relative à la perte d'ellipticité n'a pas été abordée. Pour finir nous développons un outil d'homogénéisation numérique basé sur la méthode d'éléments finis multi-échelles (EF2) en 2D et 3D que nous introduisons dans le logiciel conventionnel ABAQUS via sa subroutine UMAT. Cette méthode (EF2) offre de nombreux avantages tels que la prise en compte de la non-linéarité du comportement et de l'évolution de la microstructure soumise à des conditions de chargement complexes. Les cas linéaires et non-linéaires ont été étudiés. L'avantage de cette démarche originale est la possibilité d'utilisation de toutes les ressources fournies par ce logiciel (un panel d'outils d'analyse ainsi qu'une librairie composée de divers comportements mécaniques, thermomécaniques ou électriques etc.) pour l'étude de problèmes multi-physiques. Ce travail a été validé dans le cas linéaire sur un exemple simple de poutre en flexion et comparé à la méthode multi-échelle ANM (Nezamabadi et al. (2009)). Un travail approfondi sera nécessaire ultérieurement avec des applications sur des problèmes non-linaires mettant en évidence la valeur de l'outil ainsi développé
We propose in this thesis several approaches for improving the multiscale modeling and simulation of composites’ behavior. Accurate and reliable modeling of the mechanical response of composite materials remains a major challenge. The objective of this work is to develop simplified methodologies based on existing homogenization techniques (numerical and analytical) for efficient prediction of nonlinear behavior of these materials. First choice has been focused on the Mean-field homogenization methods to study the elasto-plastic behavior and ductile damage phenomena in composites. Although restrictive, these techniques remain the best in terms of computational cost and efficiency. Two methods were investigated for this purpose: the Incremental Scheme Micromechanics (IMS) in One-site modeling and the Mori-Tanaka model in multi-site modeling (MTMS). In the framework of elastoplasticity, we have shown and validated by finite element method that the IMS homogenization results are more accurate, when dealing with high volume fraction composites, than the Mori-Tanaka model, frequently used in the literature. Furthermore, we have extended the Mori-Tanaka's model (MT) generally formulated in One-site to the multi-site formulation for the study of elasto-plastic behavior of composites with ordered microstructure. This approach shows that the multi-site formulation produces consistent results with respect to finite element and experimental solutions. In the continuation of our research, the Lemaître-Chaboche ductile damage model has been included to the study of elasto-plastic behavior in composite through the IMS homogenization. This latest investigation demonstrates the capability of the IMS model to capture damage effects in the material. However, the issue on the loss of ellipticity was not addressed. Finally we develop a numerical homogenization tool based on computational homogenization. This novel numerical tool works with 2D and 3D structure and is fully integrated in the conventional finite element code ABAQUS through its subroutine UMAT. The (FE2) method offers the advantage of being extremely accurate and allows the handling of more complex physics and geometrical nonlinearities. Linear and non-linear cases were studied. In addition, its combination with ABAQUS allows the use of major resources provided by this software (a panel of toolbox for various mechanical, thermomechanical and electrical analysis) for the study of multi-physics problems. This work was validated in the linear case on a two-scale analysis in bending and compared to the multi-scale method ANM (Nezamabadi et al. (2009)). Extensive work will be needed later with applications on non-linear problems to highlight the value of the developed tool

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Mahmoud, Bassam. "Modélisation d'impacts sur des stratifiés composites unidirectionnels et hybrides." Thesis, Toulouse 3, 2017. http://www.theses.fr/2017TOU30212.

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Abstract:

Les structures aéronautiques sont aujourd’hui largement réalisées à partir de matériaux composites, permettant ainsi d’en diminuer la masse. L’impact sur structure composite est une des sources de dommage la plus courante et la plus pénalisante. L’objectif de cette thèse est de développer un modèle prédictif d’impact sur stratifiés unidirectionnels de faible épaisseur afin, dans un premier temps, de mieux comprendre les mécanismes d’endommagement mis en jeu et, dans un deuxième temps, de pouvoir proposer des pistes d’amélioration de la tenue de ces structures. La première étape de ces travaux a consisté à développer un modèle éléments finis explicite de stratifiés composite unidirectionnel, en s’appuyant sur les travaux d’impact sur pale d’hélicoptère réalisés par F. Pascal. Ainsi, un nouvel élément capable de représenter le comportement à l’impact des plis unidirectionnels a été formulé. Le comportement des paquets de fibres est représenté par des éléments barres stabilisés grâce à des éléments 2D spécifiques. La dégradation de ces éléments est pilotée par des lois d’endommagement déduites d’observations expérimentales. La stratégie de modélisation proposée a été identifiée sur la base d’essais expérimentaux pour deux matériaux : T700/M21 et HTA7/913. Les résultats donnés par le modèle ont ensuite été validés par une comparaison avec des essais d’impact à basse vitesse. Enfin, dans le but d’optimiser la tenue des stratifiés, des impacts à basse et moyenne vitesse sur des stratifiés hybrides unidirectionnels/tissus composites ont été étudiés expérimentalement et numériquement grâce à la stratégie de modélisation proposée
Today, composite materials are largely used in the manufacturing of aeronautical structures, in order to lighten their weight. Impact on composite structures is one of the most detrimental loading. The present study aims to develop a predictive modelling of impacts on thin unidirectional laminates in order to, firstly, better understand the damage mechanisms involved, and, secondly, be able to provide guidance for a strength improvement of these structures. First, an explicit finite element modelling of unidirectional laminates is developed based on the work of F Pascal dealing with impact modeling on helicopter blades. Thus, a new element that can represent the impact response of unidirectional plies is formulated. The behavior of the bundle of fibers is modeled with rod elements stabilized with specific 2D elements. The degradation is managed using damage based on experimental observations. The parameters of the proposed modelling strategy are identified on the basis of experimental tests carried out on T700/M21 and HTA7/913 composites. The results provided by the modeling are then validated by a comparison with experimental low velocity impact results. Finally, in order to improve the laminate strength, low velocity and medium velocity impacts on hybrid unidirectional/woven composite laminates are studied experimentally and with the developed modelling strategy

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Joly, Thierry. "Modélisation de l'oxydabilité d'un matériau réfractaire carbone." Compiègne, 1993. http://www.theses.fr/1993COMP602S.

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Abstract:

Nous avons étudié l'oxydation par l'air d'un béton réfractaire monolithique carboné afin d'augmenter les performances d'un garnissage de rigole de haut fourneau. Dans un premier temps, nous avons mesuré la distribution de température clans la couche d'usure sur un plancher de haut fourneau. Nous avons préparé une simulation qui montre une baisse de température importante dans le garnissage. Dans un deuxième temps, des études thermogravimétriques du béton ont montré la relation entre la porosité ouverte, la température et la cinétique d'oxydation. Nous avons regroupé les résultats de ces tests et construit un modèle de perte de masse. Pour améliorer la performance du réfractaire, notre choix s'est porté sur l'utilisation d'un inhibiteur de l'oxydation afin de diminuer l'oxydabilité du carbone. Par- cette méthode, nous avons obtenu de bons résultats
We have studied oxydation by air of carbon-containing monolithic refractory castable to improve blast furnace lining refractory performance. In the first place, we measured temperature distribution inside the Wear lining in a blast furnace plant. We prepared a simulation model wich show high heat loss in the lining. In the second place, thermogravimetric studies of castable shown the relation between open porosity, temperature and oxidation kinetic. We data processed the test results obtained above and built a weight loss modeling. To improve refractory performance, our choice was based on the use of oxidation inhibitor to decrease carbon oxidation. By this method we obtained good results

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Desbrun, Mathieu. "Modélisation et Animation de Matériaux Hautement Déformables en Synthèse d'Images." Phd thesis, Grenoble INPG, 1997. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00528678.

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Abstract:

Cette thèse porte sur la modélisation et l'animation de matériaux hautement déformables en Synthèse d'Images. Le but est de créer des modèles virtuels de matière, à base de physique, capables de se déformer et d'interagir avec leur environnement de façcon automatique. La difficulté principale est d'assurer l'efficacité des calculs et la qualité visuelle résultante mˆeme dans les cas de déformations extrˆemes, pour alors permettre d'utiliser ces modèles dans le cadre de simulateurs, et plus généralement, en réalité virtuelle. Après avoir passé en revue les modèles existants, nous proposons un premier modèle hybride de matériaux hautement déformables combinant système de particules et surfaces implicites. Les avantages de ces deux techniques sont cumulés pour aboutir à un modèle global capable aussi bien de séparations que de fusions, en assurant aussi d'autres propriétés comme la conservation de volume. Nous discutons dans un second temps de l'inadéquation des systèmes de particules classiques. Une alternative est alors presentée, sous forme d'un nouveaumodèle permettant une simulation adaptative en temps et en espace, où les particules peuvent se subdiviser dans les régions subissant de fortes deformations, et au contraire se regrouper dans les régions stables. L'adaptation de la discrétisation de la matière permet ainsi de répartir les calculs de façcon efficace, tout en assurant la stabilité de la simulation. Enfin, un modèle de peau implicite active est exposé. Ce modèle permet d'animer une surface déformable chargée d'enrober un modèle physique quelconque pour à la fois lui fournir une visualisation et des propriétés physiques comme une tension de surface : on obtient ainsi une solution efficace et peu onéreuse à la visualisation du modèle particulaire adaptatif précédent, en filtrant les changements internes de discrétisation. Ainsi, ces nouveaux modèles ouvrent la voie à la simulation adaptative d'objets déformables, qui permet de minimiser les calculs pour une précision donnée.

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Boukamel, Adnane. "Modélisation mécaniques et numériques des matériaux et structures en élastomères." Habilitation à diriger des recherches, Université de la Méditerranée - Aix-Marseille II, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00517997.

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Abstract:

Les travaux de recherche, menés depuis une quinzaine d'années, portent sur les développements de modèles mécaniques et numériques permettant de décrire le comportement local et global de pièces complexes constituées d'élastomères. Parmi les développements accomplis durant ces dernières années, citons les plus significatifs: -Modélisation numérique du comportement hyperélastique incompressible et réalisation d'une bibliothèque d'éléments finis. - Mise en oeuvre et validation d'une technique de réduction de modèles à travers la mise à profit des symétries géométriques pour la résolution des problèmes linéaires ou non-linéaires (Eléments finis pseudo-axisymétriques, Eléménts de réduction 3D/2D...) - Modélisation du couplage thermo-viscoélastique en grandes transformations des structures élastomères. - Elaboration de modèles hyper-visco-plastiques, microphysiquement motivés, dans le cadre de la thermodynamique des processus irréversibles. - Développement d'algorithmes d'identification de paramètres des modèles et établissement d'une méthodologie de caractérisation pour les comportements à différentes températures et sous sollicitations dynamiques multifréquences.

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Marinelli, Ferdinando. "Comportement couplé des géo-matériaux : deux approches de modélisation numérique." Phd thesis, Université de Grenoble, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00954405.

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Abstract:

Nous présentons deux approches différentes pour décrire le couplage hydromécanique des géomatériaux. Dans une approche de type phénoménologique nous traitons le milieu poreux comme un milieu continu équivalent dont les interactions entre la phase fluide et le squelette solide constituent le couplage du mélange à l'échelle macroscopique. En caractérisant le comportement de chaque phase nous arrivons à décrire le comportement couplé du milieu couplé saturé.Nous utilisons cette approche pour modéliser des essais expérimentaux faits sur un cylindre creux pour une roche argileuse (argile de Boom). Les résultats expérimentaux montrent de façon claire que le comportement de cette roche est fortement anisotrope. Nous avons choisi de modéliser ces essais en utilisant une lois de comportement élasto-plastique pour laquelle la partie élastique est transversalement isotrope.Le problème aux conditions aux limites étudié met en évidence des déformations localisées autour du forage intérieur. Afin de décrire de façon objective le développement de ces bandes de cisaillement nous avons considéré un milieu continu local de type second gradient qui permet d'introduire une longueur interne. De ce fait nous avons pu étudier le problème d'unicité en montrant qu'un changement de la discrétisation temporelle du problème aux limites peut conduire à des solutions différentes.Dans la deuxième approche étudiée nous caractérisons la microstructure du matériau avec des grains et un réseau de canaux pour la phase fluide. À l'aide d'un processus numérique d'homogénéisation nous arrivons à calculer numériquement la contrainte du mélange et le flux massique. Cette méthode d'homogénéisation numérique a été implémentée dans un code aux éléments finis afin d'obtenir des résultats macro. Une validation de l'implentation est proposée pour des calculs en mecanique pure et en hydromécanique.

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Niezgoda, Mathieu. "Modélisation du transfert thermique au sein de matériaux poreux multiconstituants." Phd thesis, Université d'Orléans, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00829217.

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Abstract:

Le CEA travaille sur des matériaux poreux - alvéolaires, composites, céramiques, etc. - et cherche à optimiser leurs propriétés pour des utilisations spécifiques. Ces matériaux, souvent composés de plusieurs constituants, ont en général une structure complexe avec une taille de pores de quelques dizaines de microns. Ils sont mis en oeuvre dans des systèmes de grande échelle, supérieure à leurs propres échelles caractéristiques, dans lesquels on les considère comme équivalents à des milieux homogènes, sans prendre en compte sa microstructure locale, pour simuler leur comportement dans leur environnement d'utilisation.Nous nous intéressons donc à la caractérisation des propriétés thermiques effectives de matériaux à microstructure hétérogène en cherchant à déterminer par méthode inverse en fonction de la température la diffusivité thermique qu'ils auraient s'ils étaient homogènes.L'identification de la diffusivité de matériaux poreux et/ou semi-transparents est rendue difficile par le couplage conducto-radiatif fort qui peut se développer rapidement dans ces milieux avec une augmentation de la température. Nous avons donc modélisé le transfert de chaleur couplé conducto-radiatif en fonction de la température au sein de matériaux poreux multiconstituants à partir de leur microstructure numérisée en voxels. Notre démarche consiste à nous appuyer sur la microstructure 3D obtenue par tomographie. Ces microstructures servent de support numérique à cette modélisation qui permet d'une part de simuler tout type d'expériences thermiques numériques - en particulier la méthode flash dont les résultats nous permettent de déduire la diffusivité thermique -, et d'autre part de reproduire le comportement thermique de ces échantillons dans leur condition d'utilisation.

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Le, Ba Danh. "Modélisation discrète en mécanique de la rupture des matériaux fragiles." Phd thesis, Université de Strasbourg, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00966789.

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Abstract:

L'objectif de cette thèse est d'étudier le comportement à la rupture des matériaux fragiles avec une approche capable de relier l'amorçage de fissures à leurs propagations. On adopte la méthode des éléments discrets (DEM), avec le matériau composé d'un ensemble bidimensionnel régulier de particules en contact. Ceci qui nous permet de dériver une expression pour le facteur d'intensité de contraintes en fonction des forces et des déplacements relatifs des deux contacts adjacents à la pointe d'une fissure. Un critère de rupture classique, basé sur la ténacité du matériau, est ensuite adopté pour l'analyse de la propagation des fissures, représenté par la perte des forces de contact entre les particules. La vérification de la formulation est faite par la comparaison des simulations numériques à des solutions classiques de la mécanique de la rupture en mode I, mode II et mode mixte. Ensuite, on étend l'application du critère discret au comportement d'un matériau sain (non pré-fissuré), soumis à des contraintes homogènes, pour lequel on retrouve un critère de rupture du type Rankine. Le résultat final est un modèle discret simple totalement compatible avec les approches continues usuelles, et qui ne demande pas d'essais de calibration, typiques des approches discrètes conventionnelles.

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Taifi, Elhadi. "Modélisation des matériaux ferroélectriques de structure Bronze de Tungstène (TTB)." Amiens, 2010. http://www.theses.fr/2010AMIE0109.

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Abstract:

Le but de notre travail est de proposer un nouveau modèle théorique qui pourrait expliquer les diagrammes de phase expérimentaux des matériaux ferroélectriques de structure de bronze quadratique de Tungstène (TTB) en utilisant différentes approches numériques. Dans la première partie, nous avons déterminé les variations de la température de transition en fonction des interactions entre atomes en utilisant la méthode de champ moyen, le diagramme de phase obtenu ne confirme pas les résultats trouvés expérimentalement. La deuxième étude que nous avons élaborée utilise la méthode numérique de Monte Carlo basée sur l’algorithme de Metropolis qui permet de calculer les différentes polarisations et susceptibilités dans les composés ferroélectriques afin de déterminer les températures de transitions et d’établir le diagramme de phase. Nous avons ensuite développé la théorie phénoménologique de Landau et la théorie de champ effectif basée sur le modèle d’Ising pour déterminer le diagramme de phase des matériaux ferroélectriques de structure TTB. Les Diagrammes obtenus par ces différentes méthodes sont en bon accord avec ceux réalisés au sein des laboratoires LMCN de Marrakech et LPMC d’Amiens d’une part et avec la littérature d’autre part
The objective of this thesis is to propose the theoretical model describing the experimental phase diagram of ferroelectric materials of structure of Tetragonal Tungsten Bronze (TTB). In the first part (chapter BI), we determine, using the method of mean field, the variation of transition temperatures as function of interaction between ferroelectric dipoles. In the second part (chapter BII), we use the numerical Monte Carlo method based on the Algorithm of Metropolis, which enables us to understand the realizing phase diagram, the symmetry of corresponding phases and calculate the corresponding transition temperatures. In the third (chapter BIII) chapter we develop the phenomenological Landau theory and the theory of effective field based on the Ising-like model to determine the phase diagram of ferroelectric materials of structure TTB. The results obtained by these methods are in good agreement with the experiments performed in the laboratories LPMC of Amiens and LMCN of Marrakech and with other experimental data available in the literature

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Bouajila, Wissam. "Modélisation des chambres de combustion de lanceurs (matériaux & calculs)." Paris 6, 2008. http://www.theses.fr/2008PA066553.

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Abstract:

Développer des lanceurs réutilisable revient principalement à augmenter la durée de vie du moteur, et plus particulièrement celle de la paroi de la chambre de combustion, élément le plus critique du moteur. Parmi les nombreuses solutions explorées dans la littérature, ce travail de recherche s’oriente sur la caractérisation mécano-chimique d’un matériau prometteur, candidat pour la fabrication des parois de la chambre de combustion : l’alliage de cuivre Cu4Cr2Nb obtenu par plasma formage sous vide. La détermination de ses propriétés thermomécaniques ainsi que l’influence de l’environnement sur celles-ci doivent être déterminés afin d’établir une décision sur l’utilisation de ce matériau. Afin d’être au plus près des conditions d’exploitation de la paroi de la chambre de combustion (i. E. Hautes températures et vitesses de déformation, paroi fine et environnement sous hydrogène), des essais de disques utilisant de fins disques plats sous pression gazeuse ont été réalisés pour caractériser les propriétés mécaniques du matériau. Une méthode de calcul basée sur des hypothèses relatives à la déformation du disque est utilisée afin de déterminer les propriétés mécaniques vraies du matériau à partir des données de l’expérience. La pertinence ainsi que la précision des résultats obtenus ont été vérifiés avec plusieurs matériaux ayant des comportements mécaniques différents. Les propriétés thermomécaniques de l’alliage Cu4Cr2Nb ont été déterminées à des températures de 300K à 1100K et pour des vitesses de déformation moyennes de 5. 10-4 à 5. 10-1 s-1. La fragilisation par l’hydrogène externe (FHE) ainsi que la fragilisation par l’hydrogène interne (FHI) de l’alliage Cu4Cr2Nb ont été mesurées à trois températures significatives 300K, 700K et 1100K et pour différentes vitesses moyennes de déformation. Une diminution de la résistance de l’alliage Cu4Cr2Nb (environ -10%) a été mesurée en environnement hydrogène pour des conditions d’essai particulières. Le comportement mécanique de l’alliage Cu4Cr2Nb a été modélisé à l’aide de la loi de comportement élasto-viscoplastique de Chaboche, particulièrement adaptée à la description de comportements cycliques. Le modèle de Chaboche a été adapté car l’essai de disque nous permet d’atteindre de très hautes vitesses de déformation : la dépendance du modèle à la vitesse de déformation est définie à travers l’amplitude d’écrouissage en plus de la contrainte visqueuse. Les différentes simulations utilisant une modélisation par éléments finis de l’essai de disque intégrant la loi de Chaboche modifiée ont fourni des résultats en très bonne adéquation avec l’expérience pour l’alliage Cu4Cu2Nb sur de larges gammes de températures et de vitesses de déformation. D’après les nombreuses comparaisons réalisées avec succès, toutes les méthodologies expérimentales ainsi que les méthodes de calcul et de simulations associées peuvent être utilisées pour la caractérisation du comportement mécanique et la sensibilité à l’environnement d’autres métaux avec une bonne fiabilité et précision.

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Michrafy, Abderrahim. "Modélisation et calcul pour certains types de matériaux composites endommageables." Bordeaux 1, 1988. http://www.theses.fr/1988BOR10616.

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Abstract:

L'analyse mathematique d'une equation differentielle multivoque associee permet de montrer comment le modele prend en compte le caractere irreversible du comportement. L'approximation du probleme aux limites correspondant conduit a une equation lineaire, resolue numeriquement dans le cadre de la methode de newton generalisee. L'algorithme utilise generalise la methode a rigidite tangente pour le probleme de heneky en plasticite classique

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Brousse, Elodie. "Modélisation et caractérisation de nouveaux matériaux en couches As2GenTe3+n." Montpellier 2, 1998. http://www.theses.fr/1998MON20163.

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Abstract:

Le systeme as-ge-te est principalement connu pour ses phases vitreuses qui ont ete etudiees pour la transmission infra-rouge. Il existe un ensemble de composes cristallises de formule as#2ge#nte#3#+#n obtenus dans le systeme as#2te#3gete. Nous avons etabli les relations structures cristallines-proprietes electroniques pour les composes binaires as#2te#3, gete et pour les phases ternaires as#2ge#nte#3#+#n avec n allant de 1 a 5. Nous avons developpe une methode d'analyse pluridisciplinaire. Le calcul moleculaires fournit une image simplifiee de la structure electronique en fonction des environnements locaux des differents atomes. Les bandes de valence calculees et obntenues par spectroscopie de photoelectrons x (xps) montrent une evolution pour les composes ternaires en fonction de n. Les spectres d'absorption x (xas) ont ete mesures pour les 3 elements et a differents seuils ; une reconstruction de la bande de conduction calculee a partir de ces spectres ne montre pas de changement important. Les caracteres des principaux pics xps et xas ont ete etablis a partir des densites d'etats partielles mettant en evidence l'influence des differentes liaisons chimiques des composes. La structure electronique locale a ete etudiee par xps (niveaux de coeur) et par spectroscopie mossbauer pour chacun des elements.

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Lachaud, Jean. "Modélisation physico-chimique de l'ablation de matériaux composites en carbone." Bordeaux 1, 2006. http://www.theses.fr/2006BOR13291.

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Abstract:

Les matériaux composites en carbone sont employés dans des conditions extrêmes : Tokamak, tuyère de fusée, corps de rentrée atmosphérique. Leurs parois subissent alors une récession, appelée ablation, majoritairement due à des phénomènes de gazéification (oxydation, voire sublimation). Ce travail contribue à l'amélioration de la compréhension de l'interaction matériau/environnement et à sa modélisation. Des expériences originales de gazéification ont été réalisées et analysées quantitativement par microscopie, microtomographie et suivi de perte de masse. La structure hétérogène anisotrope des matériaux engendre un comportement complexe qui s’exprime notamment à travers l'acquisition d'une rugosité multiéchelle. La rugosité a guidé l’élaboration d’une stratégie de modélisation s'articulant sur les échelles caractéristiques des matériaux : nanoscopique (plan de graphène), microscopique (fibre, matrice), mésoscopique (fil), macroscopique (composite homogénéisé). A chaque échelle, les modèles intègrent notamment la récession locale de la paroi couplée à un transfert de masse avec changement de phase. Un code de simulation numérique de type Monte-Carlo Marches Aléatoires a été développé, validé et utilisé pour leur résolution. La comparaison modèle/expérience est très probante. Sous des hypothèses validées numériquement, une homogénéisation analytique permet de prévoir la réactivité effective des composites en fonction des propriétés de leurs composants microscopiques en régimes transitoire et établi. Réciproquement, on propose une application du modèle à l’analyse d’échantillons ablatés et à l’extrapolation phénoménologique de leurs propriétés
Carbon-based composites are used in extreme conditions: Tokamaks, re-entry bodies, nozzle throats. Their walls undergo a surface recession, called ablation, mainly due to some gasification phenomena (oxidation or even sublimation). This work is a contribution to the improvement of the understanding of the near-wall material/environment interaction and to its modeling. Some original gasification experiments have been carried out, modeled, and quantitatively analyzed; a complex multiscale behavior of the materials is observed through their average recession velocity and a surface roughness onset mainly caused by their heterogeneous anisotropic structure. In order to explain these observations, a multiscale modeling strategy has been set up; it follows the characteristic scales of the composites: nanoscopic (carbon texture), microscopic (fiber, inter-fiber matrix), mesoscopic (yarn, inter-yarn matrix), and macroscopic (homogenized composite) scales. The proposed models notably integrate the local recession of the wall, the heterogeneous gasification reactions, and mass transfer. A numerical simulation tool, based on Monte-Carlo Random Walks, has been implemented, validated, and used to solve these models. Under some numerically validated hypotheses, an analytical homogenization provides the effective behavior of the composites as a function of the intrinsic reactivity of their components. The results of these phenomenological models have been validated by comparison to the laboratory experiments and applied for the analysis of actual applications. Physics-based criterions are made available for the choice or the fabrication of ideal materials

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Elbaa, Mohamed. "Caractérisation et modélisation des matériaux supraconducteurs à haute température critique." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2020. http://www.theses.fr/2020LORR0196.

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Abstract:

L’objectif de ce travail de thèse est d’optimiser le processus d’aimantation des pastilles supraconductrices à haute température critique (SHTC) par un champ magnétique impulsionnel ou PFM (Pulsed Field Magnetization) afin de les mettre en œuvre dans des applications dans le domaine de l’électrotechnique. Dans l’étape de conception de l’inducteur nécessaire pour magnétiser ces pastilles SHTC, la modélisation et la simulation sont fortement recommandées pour effectuer les calculs nécessaires des différentes caractéristiques électriques du système d’aimantation. De ce fait, nous avons développé un modèle analytique pour étudier l’influence de la présence d’une pastille supraconductrice dans un circuit ferromagnétique sur la valeur de l’inductance d’une bobine inductrice. Il s’agit de résoudre les équations de Laplace et de Poisson dans différentes régions d’intérêt à travers le potentiel vecteur magnétique. La résolution analytique a été effectuée à l’aide d’un code de calcul développé sous MATLAB où les résultats obtenus ont été en bonne concordances avec ceux obtenus par simulation numérique sous COMSOL. L’inhomogénéité des pastilles SHTC de type YBaCuO en termes de la densité de courant critique Jc a été également étudiée. Pour cela, nous avons réalisé des expériences de l’aimantation des ces pastilles par la méthode PFM. Nous avons montré que la surface plane contenant le germe de cristallisation (seed) de ces pastilles est caractérisée par une Jc plus élevée que l’autre surface. Ainsi, nous avons étudié l’influence de la position du germe de cristallisation dans la méthode de caractérisation à deux pastilles
The aim of this thesis is to optimize the process of magnetization of superconducting pellets at high critical temperature (SHTC) by pulsed field magnetization (PFM) in order to use them in applications in the field of electrical engineering. In the design phase of the inductor necessary to magnetize these SHTC pellets, modeling and simulation are strongly recommended to perform the necessary calculations of the various electrical characteristics of the magnetization system. Therefore, we have developed an analytical model to study the influence of the presence of a superconducting bulk on the value of the inductance of an induction coil in a ferromagnetic circuit. The aim is to solve the Laplace and Poisson equations in different regions of interest through the magnetic vector potential. The analytical resolution was performed (carried out) using a computer code developed under MATLAB where the results obtained were in good agreement with those obtained by numerical simulation under COMSOL. The inhomogeneity of YBaCuO type SHTC pellets in terms of critical current density Jc was also investigated. To do this, we carried out experiments on the magnetization of these bulks by the PFM method. We have shown that the flat surface containing the crystallization germ (seed) of these pellets is characterized by a higher Jc than the other surface. Also, we studied the influence of the position of the seed crystallization in the two-pellet characterization method

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Poizat, Christophe. "Modélisation numérique de matériaux et structures composites à fibres piézoélectriques." Troyes, 2000. http://www.theses.fr/2000TROY0004.

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Abstract:

Bien qu'elle reste aujourd'hui a l'echelle du laboratoire, la production de composites a fibres piezoelectriques de faible diametre ouvre de nouvelles perpectives dans le domaine des capteurs et actionneurs electro-mecaniques. L'utilisation d'outils d'aide a la conception doit permettre un developpement a faible cout du materiau en fonction de l'application visee. C'est dans ce cadre que s'inscrit cette etude. Son objectif est de modeliser le comportement de structures integrant des transducteurs en composites a fibres piezoelectriques. L'outil retenu est la methode des elements finis. Cette derniere permet, a l'echelle du materiau comme de la structure, de prendre en compte aussi bien les proprietes materielles que des distributions, des geometries ou des conditions aux limites mecaniques et electriques relativement complexes. On distingue deux etapes : une etape d'homogeneisation du materiau heterogene, et une deuxieme etape d'analyse macroscopique de la structure. La methode d'homogeneisation periodique proposee est basee sur la methode de la cellule elementaire. L'etude de cas academiques (composites 1-3 et 0-3 ideaux) souligne l'influence de parametres tels que la distribution des fibres. Cette methode est appliquee pour resoudre le probleme inverse sur des fibres piezoceramiques de diametre 30 microns. A terme, l'implementation d'une loi de comportement prenant en compte l'etape de polarisation permettra d'optimiser l'electrodage. A l'echelle macroscopique, deux applications sont presentees. La premiere concerne un capteur d'impact. La deuxieme, qui a necessite l'implementation d'une loi de comportement, est consacree a l'amortissement passif de structures par composites piezoelectriques shuntes par une resistance. Le domaine de validite de ce modele, base sur une analogie avec la viscoelasticite, est discute. Cet outil permet alors l'evaluation de l'amortissement de vibrations dans des structures complexes.

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Maestrali, Bernard. "Modélisation numérique d'une installation d'élaboration de matériaux en creuset froid." Grenoble INPG, 1990. http://www.theses.fr/1990INPG0036.

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Abstract:

La fusion en creuset froid est un procede d'elaboration de materiaux faisant intervenir des problemes d'origine electromagnetique, thermique et hydrodynamique. Chacun de ces trois domaines a ete etudie d'un point de vue physique, et d'un point de vue numerique, afin de concevoir un logiciel prenant en compte les phenomenes couples dus aux variations des proprietes physiques du materiau apparaissant lors d'une fusion. L'etude systematique et generalisee de ces trois domaines a permis d'effectuer la mise au point du code de calcul sur des configurations autres que le creuset froid. Quelques exemples de resolution sont presentes, ainsi que le champ d'application du logiciel

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Dierkens, Michaël. "Mesures rhéologiques et modélisation de matériaux en cours de prise." Lyon, INSA, 2005. http://theses.insa-lyon.fr/publication/2005ISAL0004/these.pdf.

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Abstract:

Cette thèse traite de l'étude de deux catégories de matériaux hétérogènes et évolutifs en cours de prise : les bétons et les graves émulsion de bitume. Les premiers ont une prise régie par des phénomènes chimiques, liés à l'hydratation des constituants du ciment. Les seconds suivent une évolution essentiellement liée à des phénomènes physiques tels que l'évaporation de l'eau ou les attractions électriques. L'approche expérimentale est basée sur l'utilisation d'un dispositif de propagation d'ondes en basse fréquence. La vitesse de propagation et deux rapports de pression, liés à l'amortissement des ondes et à l'effet Poisson, sont suivis au cours du temps. L'évolution des modules rhéologiques en cours de prise est ensuite obtenue par analyse inverse, en utilisant une loi de comportement viscoélastique obtenue par homogénéisation périodique. En ce qui concerne les bétons, les essais ont porté sur le suivi du déroulement général de la prise, sur la caractérisation de l'impact d'adjuvants (entraîneur d'air, plastifiant et retardateur de prise) et sur la possibilité de remplacer l'étude de bétons par celle de mortiers. Deux catégories de mortiers sont testées : les uns suivent une évolution thermique comparable à celle de leurs bétons associés, les autres (appelées Mortiers de Bétons Equivalents) présentent une même surface développée. Pour ce qui est des graves émulsion de bitume, le déroulement général de la prise est étudié, en relation avec les transformations physiques subies par le matériau. L'impact de la variation de différents paramètres tels que la compacité, la teneur en bitume et la teneur en eau est étudié. Une tentative de modélisation par homogénéisation autocohérente de l'évolution du module de cisaillement en cours de prise est également proposée
This thesis deals with the study during setting of two categories of heterogeneous evolving materials: concretes and cold bitumen mixes. The setting of the first ones is governed by chemical phenomena, linked to the hydration of the cement components. The other ones have a setting mainly governed by physical phenomena such as water evaporation or electric attractions. The experimental approach is based on the use of a wave propagation device in low frequency. The wave velocity and two pressure ratios, linked to the wave damping and Poisson effect, are monitored during time. The evolution of rheological moduli during setting is then obtained by inverse analysis, by means of a viscoelastic behaviour law obtained from a periodic homogenisation modeling. Experiments with concretes were performed to follow up the general evolution of setting, to characterize the impact of admixtures (air antrainer, plasticizer, retarder) and to test the possibility of studying concretes by the means of mortars. Two categories of mortars are tested: some have the same thermal properties than the one of the relative concretes, others (called Equivalent Mortars of Concrete) have the same specific area. The general evolution of the setting of cold bitumen mixes is studied, in relation with the physical transformations of the material. The impact of the variation of various parameters such as compactness, bitumen content and water content is studied. An attempt to model the evolution of shear modulus during setting by a self consistent modeling is also proposed

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Dissertations / Theses on the topic 'Modélisation des matériaux'

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