Dissertations / Theses on the topic 'Raid numérique'

Sous l’effet des sollicitations mécaniques répétées induites par les passages des trains, on observe l’apparition de fissures de fatigue de contact dans les rails. Une fois amorcées, celles-ci peuvent se propager et mener à la rupture du rail. Dans un contexte d’intensification du trafic, l’optimisation de la politique de maintenance devient stratégique pour les entreprises du transport ferroviaire. Dans ce contexte, un modèle 3D éléments finis du contact roue/rail en courbe a été développé pour reproduire les mécanismes d’amorçage des fissures "Head Check". Ce modèle permet de simuler la sollicitation répétée du contact roue/rail. Cette modélisation a permis d’analyser l’influence de la plasticité sur la distribution de la pression de contact et sur les champs mécaniques résiduels au sein du rail au cours du chargement cyclique. Il ainsi est montré que l’actualisation du contact au cours des chargements répétés est du premier ordre. Les résultats ont permis d’identifier des zones potentielles d’amorçage de fissures de Head Check correspondant à des points matériels sur lesquels la déformation plastique s’accumule de manière considérable. En effet, on observe une correspondance entre ces orientations « accommodées » de la déformation plastique principale et l’orientation des micro-fissures amorcées sur la surface des rails ayant cumulé un faible tonnage (0-10 MGT). Ceci conforte le fait que la méthode proposée est un outil prometteur pour la simulation 3D de la fatigue du contact roue-rail
As a result of repeated loading induced by train passages, rails are subjected to rolling contact fatigue cracks. Once initiated, cracks could propagate and lead to rail failure. In a context of increased traffic, maintenance policy optimization becomes strategic for railway companies. Thus to define an enhanced planning of maintenance, a better understanding of rail fatigue damage mechanisms is crucial. Under the circumstances, a 3D wheel-rail rolling contact finite element model has been developed in order to reproduce « Head Check » cracks initiation mechanisms. This model allows sequential repeated wheel-rail rolling contact loading. Thus this calculation procedure is used to analyze the influence of plasticity on contact pressure distribution and consequently on residual mechanical fields in the rail during cyclic loading. It is shown that contact conditions evolution during repeated loading must be considered in the first order. The results allowed the identification of potential Head Check cracks initiation zones that correspond to material points on which plastic deformation accumulates significantly. Indeed, there is a correspondence between the « accommodated » principal plastic strain directions and orientation of micro-cracks initiated on rails surface subjected to low cumulative tonnage (0-10MGT). This reinforces the fact that our proposed method is a promising tool for 3D wheel-rail rolling contact fatigue simulation

Ce travail porte sur les aspects numériques du couplage physico-chimique de l'atmosphère. Nous exposons certaines difficultés numériques qui apparaissent dans ce type de problèmes et les techniques utilisées
Une amélioration de la méthode parabolique par morceaux pour la résolution du problème d'advection est présentée. Dans le cas bidimensionnel nous développons une nouvelle méthode: la méthode biquadratique par morceaux, de type volumes-finis, vérifiant les contraintes de conservation de masse et de positivité
Afin d'évaluer l'impact de chaque terme du modèle, nous appliquons les techniques de contrôle optimal à l'étude de sensibilité. Dans le cas où les conditions de régularité nécessaire ne sont pas satisfaites une approximation de l'adjoint discret est présente. L’application à un problème d'optimisation permet de valider le gradient et d'anticiper les problèmes qui peuvent surgir dans le cadre de l'assimilation de données variationelles
L’application des techniques présentées ne peut se faire sans le recours aux techniques de calcul parallèles. Pour la parallélisassions de la partie advection, nous présentons et testons sur Cray t3d une technique hybride basée sur la structure du couplage et les techniques de décomposition de domaines. Quant à la partie cinétique chimique, d'abord nous utilisons une stratégie d'équilibre de charge, ensuite une décomposition en sous blocs de même vitesse est utilisée. Vu les performances de cette dernière, nous présentons une nouvelle façon de décomposition pour les équations différentielles ordinaires raides

Les instabilites de jets soumis a l'influence d'une rotation rapide et de gradients horizontaux de temperature, ont ete etudiees par simulations numeriques des equations de boussinesq non hydrostatiques. On a developpe un code de calcul base sur des methodes mixtes pseudo-spectrale/differences finies d'ordre eleve. Pour ces ecoulements, l'instabilite barocline et l'instabilite de kelvin-helmholtz sont susceptibles de se developper simultanement. Un des objectifs est de determiner l'influence des caracteristiques de l'ecoulement initial sur la selection de l'une ou l'autre de ces instabilites. Une etude detaillee de l'instabilite lineaire a ete menee en fonction des nombres de rossby r#o et froude f. Elle a permis d'identifier une valeur critique du parametre r#o/f. Celle-ci delimite deux regimes distincts qui sont decrits et analyses dans la phase developpee de l'instabilite. Pour des valeurs sur-critiques du parametre, l'instabilite est essentiellement d'origine inflexionnelle et les structures s'apparentent a une allee tourbillonnaire. Pour des valeurs sous-critiques, l'instabilite barocline est preponderante et conduit a la formation de cyclones bidimensionnels et de fronts cycloniques intenses. Une analyse des termes de production de vorticite verticale a montre que les mecanismes d'etirement sont responsables de la dissymetrie du champ de vorticite. L'influence des nombres de rossby et de prandtl a ensuite ete abordee. Enfin, une etude de la phase tardive de l'instabilite a grand nombre de reynolds a ete realisee, a l'aide d'une modelisation sous-maille originale. Cela a permis de mettre en evidence le developpement d'instabilites secondaires, conduisant a la formation de cyclones a petite echelle. Ces structures ont ete identifiees comme resultant d'une instabilite barocline du front froid. Ces resultats sont compares a ceux que fournissent des modeles classiques de type hyperviscosite

Le calcul des efforts normaux et tangents est important pour la modélisation dynamique du système véhicule-voie en ferroviaire. Pour déterminer les forces tangentielles au contact roue-rail, les coefficients de Kalker sont utilisés dans la plupart des codes de dynamique ferroviaire, pour les différents modèles de contact. Ces coefficients ont été mesurés sur banc à plusieurs reprises dans les années 80. Une synthèse de ces travaux, réalisée par Hobbs, montre que certaines de ces mesures présentent une baisse pouvant atteindre 50% par rapport à la théorie de Kalker. L’objet de cette thèse est d’identifier d’abord les véritables causes de la dispersion constatée entre les différentes mesures, généralement attribuée à la contamination de la surface, puis de développer un modèle numérique capable d’en tenir compte.La démarche numérique proposée est sur deux volets. Dans le premier volet, une méthode itérative directe par éléments de frontière basée sur les intégrales de surface de Boussinesq-Cerruti est réécrite pour l’étude du contact normal et glissant entre deux corps élastiques, puis étendue pour la résolution du problème de contact roulant. Appliquée avec succès au contact roue-rail non-Hertzien, cette méthode est un outil prometteur pour l’étude des paramètres influençant les coefficients de Kalker qui allie à la fois la précision et la rapidité.Dans le deuxième volet, le problème du contact roue-rail élastique est résolu à l’aide de la méthode des éléments finis en utilisant les schémas d’intégration temporelle explicite et implicite. La solution élastique est comparée avec le logiciel de référence CONTACT. Le modèle par éléments finis 3D développé a permis de prendre en compte d’une part le comportement élasto-plastique des corps en contact et d’autre part l’existence d’une couche de troisième corps sur l’interface du contact roue-rail. Ainsi, en fin de cette étude, une correction aux coefficients de Kalker est estimée à partir d’un modèle qui prend mieux en compte la réalité physique du contact roue-rail.Afin d’évaluer l’influence de cette correction sur la vitesse critique du véhicule ferroviaire, une étude de stabilité est réalisée avec le code de dynamique ferroviaire VOCO dans lequel des facteurs de réduction des coefficients de Kalker ont été appliqués
The calculation of normal and tangential forces is important for the dynamic modeling of the railway vehicle-track interaction. To determine the tangential forces at the wheel-rail contact level, the Kalker’s coefficients of stiffness are used in most of computer codes for different contact models. These coefficients were measured on bench several times in the 80s. A survey of these works, conducted by Hobbs, shows a decrease of up to 50 % in value compared to Kalker’s theory. The aim of this thesis is first to identify the real causes of the dispersion observed between the various measurements, usually attributed to the surface contamination, then to develop a model taking into account some of them.The numerical modeling of the wheel-rail contact is presented in two parts. In the first part, a direct boundary element method based on Boussinesq-Cerruti solution is developed to study the normal and sliding contact between two elastic bodies, and then extended to the resolution of rolling contact problem. Successfully applied to the wheel-rail contact for non-Hertzian situation, this method is a promising tool for studying the parameters influencing Kalker’s coefficients which combines both precision and speed.In the second part, a finite element model for rolling contact between wheel and rail is developed to study the normal and the tangential contact problems using the explicit and the implicit integration schemes. The elastic solution is compared with the solution of the CONTACT software. The three-dimensional finite element model takes into account the elastoplastic behavior of the bodies in contact as well as the existence of a third body layer at the interface between the wheel and the rail. Finally, a correction of Kalker’s coefficients is estimated from the results of the numerical simulations.To study the impact of this correction on the critical speed of the vehicle, a stability analysis is performed using the multibody dynamics software VOCO in which the reduced factors of Kalker’s coefficients are considered

Ce travail est consacré à l'étude d'un modèle multifluide multivitesse récemment proposé par Scannapieco et Cheng (SC) pour décrire l'interpénétration de fluides miscibles (voir Physics Letters A, vol. 299, n. 1, pp. 49-64, 2002). Dans ce document, on commence par resituer ce modèle dans le contexte de la modélisation des écoulements de mélanges de fluides miscibles, puis on procède à son analyse mathématique (étude de l'hyperbolicité, existence d'une entropie mathématique strictement convexe, analyse asymptotique et limite de diffusion). On montre qu'il s'agit d'un système bien posé. Ensuite, on se concentre sur la problématique de la résolution numérique des systèmes de lois de conservation avec un terme source de relaxation, classe dont fait partie le modèle SC. Une difficulté lors de la résolution numérique de tels systèmes est de capturer sur maillage grossier leur régime asymptotique quand le terme source est raide. Le principal apport de ce travail réside dans le fait que l'on propose un nouveau mode de construction de schéma Lagrange-projection qui prend en compte la présence d'un terme source au niveau du flux numérique. Cette technique est d'abord appliquée en 1D au problème modèle des équations d'Euler avec friction, puis au modèle multifluide SC. Dans les deux cas, on prouve que le nouveau schéma est asymptotic-preserving et entropique sous une condition de type CFL. L'extension 2D du schéma est effectuée par directions alternées. Des résultats numériques mettent en évidence l'apport du nouveau flux en comparaison avec un schéma Lagrange-projection classique où le terme source est traité par un splitting d'opérateur
This work is devoted to the study of a multivelocity multifluid model recently proposed by Scannapieco and Cheng (SC) to describe the interpenetration of miscible fluids (see Physics Letters A, vol. 299, n. 1, pp. 49-64, 2002). In this document, we begin with presenting the SC model in the context of miscible fluids flows modelling. After that, the mathematical analysis of the model is carried out (study of hyperbolicity, existence of a strictly convex mathematical entropy, asymptotic analysis and diffusion limit). As a conclusion, the system is well-posed. Then, we focus on the problem of numerical resolution of systems of conservation laws with a relaxation source term, because SC model is part of this class. The main difficulty of this task is to capture on a coarse grid the asymptotic behaviour of the system when the source term is stiff. The main contribution of this work lies in the proposition of a new technique, allowing to construct a Lagrangian numerical flux taking in account the presence of the source term. This technique is applied first on the model-problem of a 1D Euler system with friction, and then on the multifluid SC model. In both cases, we prove that the new scheme is asymptotic-preserving and entropic under a CFL-like condition. The 2D extension of the scheme is done using a standard alternate directions method. Some numerical results highlight the contribution of the new flux, compared with a standard Lagrange plus remap scheme where the source term is processed using an operator splitting

Après divers tests sur la précision d'un code résolvant l'équation de Richards par la méthode des éléments finis au moyen de solutions analytiques existantes, l'auteur présente un modèle quasi-analytique spécifique à la raie d'irrigation et applicable aux profils hétérogènes. Les temps de calculs sont plus faibles que ceux du code numérique, à précision équivalente. Le modèle est ensuite appliqué aux données recueillies sur un sol limono-argileux pour identifier la conductivité hydraulique à partir des volumes infiltrés evlues en assimilant toute L raie à un infiltromètre. Les volumes infiltrés simulés en faisant varier l'état hydrique du sol montrent que la durée d'entretien est apparemment indépendante de la date d'irrigation. L'étalonnage des appareils de mesure (blocs résistifs, capteurs à diffusion de chaleur notamment) et l'estimation des erreurs associées font l'objet d'un chapitre spécial.

Une méthode de structuration des trajectoires par un dépôt de filament contrôlé en fabrication additive permet d’élaborer des matériaux architecturés capables de répondre à des fonctionnalités prédéfinies. Des études expérimentales antérieures dans le domaine de la rupture, reportent un gain de rigidité structurale et une augmentation de la ténacité grâce à cette structuration. Dans cette thèse, des essais de traction ont été menés avec différentes orientations de filament afin d’étudier leurs effets sur le comportement de la structure. Ils montrent que le comportement élastique du matériau architecturé est quasi isotrope. Cependant, une anisotropie prononcée est observée au niveau de sa limite élastique et sa résistance en traction. À la suite de cette première étape d’investigation, nous proposons un modèle par Éléments Finis basé sur l’attribution des repères locaux dans des éléments de maillage. Lors de cette recherche, le comportement mécanique a été modélisé avec une loi transverse isotrope dans le domaine élastique et une norme de Hill pour décrire son écoulement anisotrope. Un premier modèle numérique se montre capable de prédire le comportement en traction sans calculer l‘air gaps alors que celui-ci s’est avéré insuffisant pour prédire le gain de rigidité. Une analyse des trajectoires de dépôt et de leurs recouvrements permet d’expliquer leur influence sur la rigidité structurale à un niveau mésoscopique. Un dernier modèle numérique a été ainsi configuré afin de mieux simuler l’effet de la structuration sur le comportement mécanique
A trajectory structuring method in additive manufacturing makes it possible to develop architectured materials capable of responding to predefined functionalities. In this thesis, we are interested in the modeling of an architectured material obtained by fused filament fabrication. Previous experimental studies in the field of fracture report a gain in structural rigidity and an increase in fracture toughness thanks to this structuring method. Tensile tests were carried out with different filaments orientations in order to study the effect on the behavior of the structure. They show that the elastic behavior of the architectured material is quasi-isotropic. However, anisotropy is observed at its elastic limit and tensile strength. Following this first stage of investigation, we propose a first Finite Element model based on local references assignment in mesh elements. During this research, the mechanical behavior was modeled using a transverse isotropic law in the elastic domain and a Hill criterion to describe its anisotropic yielding. This model is proven able of simulating the tensile behavior without calculating the porosity nevertheless it is insufficient to predict the rigidity enhancement. An analysis of the deposition trajectories correlates the effect of the trajectories crossings on the structural rigidity at a mesoscopic scale. A last digital model was thus configured to incorporate the effect of the structured trajectories on the mechanical behavior

En mode normal de jeu, les instruments de percussion de la famille des gongs et des cymbales sont soumis à de fortes sollicitations qui imposent à ces structures minces un mouvement de grande amplitude (non-linéarité géométrique), siège d'une phénoménologie complexe : dépendance des fréquences avec l'amplitude, sauts, hystérésis, transferts d'énergie entre modes, vibrations chaotiques. Dans le but de raffiner la modélisation de ces comportements, le premier point de ces travaux se concentre sur l'influence d'imperfections géométriques. Le modèle de vibration de plaque circulaire parfaite (von karman), en condition de bord libre, a ainsi été modifié de manière à pouvoir formuler analytiquement les nouveaux termes linéaires et non-linéaires. L'étude s'enrichit d'une analyse détaillée de l'influence de défauts de forme typiques décrivant l'effet drastique d'imperfections d'amplitude très petite sur les caractéristiques vibratoires (fréquences propres et tendances de non-linéarité notamment). Le modèle est confronté à des analyses expérimentales effectuées sur des coques de laboratoire. La comparaison offre d'excellents résultats alors que les études minutieuses de convergence révèlent l'influence d'autres types d'imperfections au sein des coques testées. Le second point a trait à l'étude numérique de la transition vers le chaos, observée lorsqu'une cymbale est excitée harmoniquement avec une force d'amplitude croissante. Les travaux menés ont abouti à la définition d'un schéma numérique conservant l'énergie, adapté à la formulation modale de la dynamique de la plaque imparfaite. Une étude complète des performances d'une large panoplie d'intégrateurs temporels, incluant le schéma développé, a été menée avec succès sur un oscillateur de Duffing~; elle révèle que les états limites trouvés par certains intégrateurs, aux temps longs et pour des régimes très fortement non-linéaires, diffèrent qualitativement de ceux obtenus par les schémas structurellement conservatifs. L'extension au cas à plusieurs degrés de liberté est entamée.

L’augmentation de la vitesse ferroviaire impose l’amélioration des performances de freinage liés aux matériaux de friction utilisés dans les freins à disques et à semelles. Cependant, l'usure reste un point limitant en terme de performance mais aussi de sécurité. Elle a pour conséquence de détériorer les matériaux (aspects mécano-thermiques) mais aussi de contaminer le contact entre roue et rail par des particules de semelles de frein pouvant isoler électriquement celui-ci (aspects mécano-électriques). Le procédé permettant de localiser les trains, ayant pour principe la conduction électrique entre roue et rail, est alors compromis.Ces problématiques sont gouvernées par les différents contacts (roue/rail, roue/semelle, ...) qui s'inscrivent dans le concept de triplet tribologique. Un triplet est composé des corps en contact (premiers corps), de l'interface (troisième corps) et du mécanisme qui les maintient en contact. Afin de comprendre les phénomènes se produisant au sein des contacts, une analyse multi-physique locale et un découplage des paramètres (mécaniques, thermiques, électriques) s'avèrent nécessaires. Toutefois, cela est difficile à établir expé- rimentalement, une modélisation numérique par éléments discrets est alors pertinente pour palier à ces besoins.L'écoulement dynamique d'un troisième corps constitué de particules de freinage et la dégradation d'un matériau de freinage réel (suite à des méthodes d'imageries) sont modélisés. Les résultats obtenus ont permis d'appréhender les compétitions existant entre paramètres physiques d'une part (mécanique, électrique, thermique) et paramètres d'éch-elles d'autre part (local, global). Ces compétitions tendent à minimiser la résistance élec- trique lorsque les constituants sont en proportion adéquat (meilleure conduction électrique entre roue et rail) mais aussi à équilibrer les débits du circuit tribologique, ce qui conduit à protéger les matériaux (usure contrôlée). En outre, les analyses numériques ont permis de mettre en évidence de nouveaux paramètres liés à ``l'étalement'' du troisième corps et d'appréhender les points clés permettant de se rapprocher d'un contact réel
The increase of the rail speed imposes the improvement of the braking performances related to the friction materials used in brake pad and brakes shoes. However, wear remains a limiting point in terms of performance but also safety. It has the effect of damaging the materials (mechano-thermal aspects) but also to contaminate the contact between wheel and rail by particles of brake shoes that can electrically isolate it (mechanical-electrical aspects). The method for locating the trains, whose principle is the electrical conduction between wheel and rail, is then compromised.These issues are governed by the different contacts (wheel/rail, wheel/shoes, ...) that fit into the concept of tribological triplets. These are composed of the bodies in contact (first bodies), the interface (third body) and the mechanism that keeps them in contact. In order to understand the phenomena occurring within the contacts, a local multi-physics analysis and a decoupling of the parameters (mechanical, thermal, electrical) are necessary. However, this is difficult to establish experimentally, numerical modeling by discrete elements method is then relevant for these needs.The dynamic flow of a third body consisting of braking particles and the degradation of a real braking material (following imaging methods) are modeled. The results obtained made it possible to understand the competitions existing between physical parameters on the one hand (mechanical, electrical, thermal) and scale parameters on the other hand (local, global). These competitions tend to minimize the electrical resistance when the constituents are in adequate proportion (better electrical conduction between wheel and rail) but also to balance the flows of the tribological track, which leads to protect the materials (controlled wear). In addition, the numerical analyzes made it possible to highlight new parameters related to "spreading" of the third body and to apprehend the key points making it possible to approach a real contact

La caracterisation de la variabilite spatio-temporelle de la pluie est l'une des etapes importantes de l'etude du cycle de l'eau. L'information sur la distribution granulometrique de la pluie familiere aux physiciens de l'atmosphere et aux specialistes des telecommunications apparaitra utile en hydrologie si l'utilisation des radars meteorologiques se generalise. C'est cette description, a l'echelle de la goutte de pluie que nous avons aborde dans ce travail. La metrologie des distributions granulometriques des gouttes de pluie est realisee par l'intermediaire d'un capteur de mesure (le spectro-pluviometre optique) que nous avons analyse et qualifie en detail. L'analyse de la variabilite des comptages de gouttes nous a ensuite permis d'aborder la question de l'echantillonnage. Deux points essentiels se sont degages: i) l'effet d'echantillonnage est en general insuffisant pour expliquer les fluctuations des comptages de gouttes. Ii) il existe des precipitations pour lesquelles certains diametres de gouttes ne sont pas representes (lacune dans les spectres de gouttes). L'analyse spectrale des distributions granulometriques proposee en derniere partie du document s'est appuyee sur la technique d'analyse en composantes principales. Cette analyse a permis de distinguer deux types d'ecart au spectre moyen: des ecarts que l'on peut attribuer aux processus microphysiques et des ecarts de type bruit blanc vraisemblablement dus a l'echantillonnage. Un generateur de distribution granulometrique a ete propose d'apres cette analyse puis il a ete teste en simulation numerique de mesure radar. La comparaison des resultats obtenus avec ceux d'un generateur plus classique confirme l'interet de cette nouvelle approche

Le phénomène d'instabilité de la structure de fluide se produit fréquemment dans le système d'écoulement polyphasé des régimes sous-critiques de Reynolds, et le phénomène de vibrations de câbles de sustentation de ponts provoquées par la pluie (sigle RWIV en anglais) est considéré comme un exemple en génie civil pour caractériser l'instabilité causée par les interactions fluide-structure. Le RWIV est supposée être un nouveau type de vibrations; régulièrement accompagné de deux phénomènes significatifs: le ruisseau supérieur vibre circonférentiellement et la fréquence du vortex de Von Karman se déplace vers une valeur beaucoup plus faible par rapport à la fréquence attendue. Les phénomène est observé habituellement sur les haubans du pont à hauban immobilisé. En raison des mécanismes de couplage complexes, le mécanisme de RWIV n'a pas été complètement décrit par les chercheurs précédents. La plupart ont mis l'accent sur les observations sur le terrain et les aspects expérimentaux en soufflerie, mais rarement sur la simulation numérique. Pour élaborer un cadre numérique systématique, nous abordons le modèle non couplé, le modèle faiblement couplé, le modèle couplé, et le modèle multiphasique multi-échelle (MMM). L'objectif est de mettre en place un modèle numérique avec une grande exactitude et précision pour RWIV, et de reconnaître et clarifier le mécanisme de RWIV, diverses enquêtes numériques ont été réalisés dans cette thèse.Pour simuler les effets de la pluie/l’eau pluviale (eng. rainwater) comme un ruisseau artificiel (fixé / solide mobile attaché / oscillé le long de la circonférence de hauban immobilisé) lorsque RWIV se produit, la méthode séparée est mise en œuvre sur la base des équations incompressibles de Navier-Stokes en combinaison avec la simulation monotone intégré des grandes échelles (MILES) pour évaluer les sous-grille termes de pression. Les effets des ruisseaux artificiels de différentes positions le long de la circonférence de hauban immobilisé sur la structure de formation de tourbillons derrière le hauban, la distribution de pression à travers le hauban, et la force aérodynamique fréquence dominante du hauban sont analysés. Cependant, les enquêtes indiquent les positions de ruisseau artificiel le long de la circonférence du hauban affectent très faiblement la fréquence du vortex de Von Karman proche le sillage du hauban.Pour capturer l'évolution dynamique de la morphologie de l’eau pluviale , le modèle semi-couplé simplifie les équations incompressibles de Navier-Stokes avec la théorie de lubrification sur l'hypothèse qu'un mince film d'eau environnante autour du hauban. Les enquêtes indiquent que l’eau pluviale rassemble aux endroits près des points de séparation, et forme deux ruisseaux symétriques le long de la circonférence du hauban. Cependant, la vibration circonférentielle du ruisseau supérieur et les phénomènes de décalage de fréquence accompagnant RWIV ne peuvent être résolus et expliqués clairement.Afin d'améliorer le modèle de semi-couplé à suivre l'évolution de la morphologie de l’eau pluviale, la méthode du Volume-de-Fluide (VOF) combinée avec les équations incompressibles de Navier-Stokes est utilisée dans le modèle couplé. L ‘évolution hautement non linéaire du ruisseau de la pluie le long de la circonférence du hauban immobilisé et les caractéristiques aérodynamiques du hauban de séjour peuvent être obtenus et analysés. Les résultats indiquent que le ruisseau de la pluie est formé près des points de séparation le long de la circonférence du hauban; la zone de pression négative le long de la circonférence du hauban est pré-requise pour la formation de ruisseau supérieur
A fluid structure instability phenomenon frequently occurs in the subcritical Reynolds regimes multiphase flow system, and rain--wind-induced vibration (RWIV) is taken as an example in civil engineering to characterize the aeroelastic instability caused by fluid-structure interactions. RWIV is hypothesized to be a new type of vibration; regularly accompanied by two significant phenomena: the circumferentially vibrating upper rivulet and the Von Karman vortex shedding frequency shift to a much lower value compared with the convectional evaluation; and customarily observed from the stay cables of cable--stayed bridge. Due to the complicated interactions mechanisms in the liquid-gas-solid system, the mechanism of RWIV has not been thoroughly solved and recognized by the previous researchers. Most have focused on the research topic from the field observation, the analytical dynamic model, and the wind tunnel experiment aspects, but rarely on numerical investigation aspect. To develop a systematic numerical framework, including the separated model, the semi-coupled model, the coupled model, and the multiphase multi-scale model (MMM) distinguished by different ways to simulate the rain effects when RWIV occurs, to establish highly accurate and precise numerical model for RWIV, and to recognize and clarify the mechanism of RWIV, various numerical investigations have been made in this thesis.To simulate the rain effects as an artificial rivulet (fixed/moving solid attaching/oscillating along the circumference of stay cable) when RWIV occurs, the separated method is implemented based on the incompressible Navier-Stokes equations in combination with the monotone integrated large eddy simulation (MILES) to evaluate the sub-grid stress terms. The effects of various artificial rivulet positions along the circumference of stay cable on the vortex shedding structure behind the cable, pressure distribution around the cable, and the aerodynamic force of the cable are analyzed. However, investigations indicate the positions of artificial rivulet along the circumference of cable extremely weakly affect Von Karman vortex shedding frequency near the wake of the cable.To capture the dynamic rainwater morphology evolution, the semi-coupled model simplifies the incompressible Navier-Stokes equations with the lubrication theory on the assumption that a thin water film surrounding around the cable. The investigations indicate the rainwater gathers at the locations near the separation points, and forms two symmetrical rivulets along the circumference of cable. However, both the circumferentially vibrating upper rivulet and the frequency shift phenomena accompanying RWIV cannot be solved and explained detailedly and clearly. To improve the semi-coupled model on tracking the rainwater morphology evolution, volume-of-fluid (VOF) method combined with incompressible Navier-Stokes equations is employed in the coupled model. Both the high-nonlinear rainwater rivulets evolution along the circumference of cable and the aerodynamic characteristics of stay cable can be obtained and analyzed. The results indicate rainwater rivulet are formed near the separation points along the circumference of cable; the negative pressure zone along the circumference of cable provides a prerequisite for the formation of upper rivulet. However, the computational efficiency is reduced due to the smaller droplets scatter in the surrounding air, furthermore, the assumptions, surrounding the stay cable with the constant volume of rainwater, cannot reflect the real physical conditions (i.e., rain infall process) and cannot obtain the real aerodynamic force from physical aspect

Cette thèse est consacrée a l'étude numérique de systèmes de lois de conservation bidimensionnelles modélisant des écoulements instationnaires à fronts raides. La démarche adoptée ici est celle des volumes finis cell-centered, sur maillages non structures. Deux modèles sont considérés : l'inflammation d'une goutte, et l'écoulement de l'eau peu profonde couple au transport-diffusion du polluant. Concernant le premier modèle, la raideur spatiale et temporelle du phénomène est prise en compte par l'utilisation d'un procède de raffinement-déraffinement dynamique du maillage. La partie visqueuse des équations est discrétisée à l'aide d'une reconstruction du type green-gauss basée sur la cellule diamant et une interpolation aux moindres carres. Cette technique s'est révélée très efficace lorsque des maillages adaptatifs sont utilisés. Enfin, en considérant une loi de conservation scalaire bidimensionnelle, nous montrons que, sous une condition du type cfl qui est raisonnable, le schéma d'ordre deux utilisé pour la partie convective satisfait le principe du maximum. Nous mettons en évidence ici la propagation d'une flamme triple au cours du processus d'allumage d'une goutte, quand la réaction chimique est suffisamment rapide par rapport au processus de diffusion moléculaire et de diffusion de la température. Pour l'écoulement de l'eau peu profonde, nous avons adopté un schéma semi-implicite linéarisé pour le calcul des termes de frottement et une extension du schéma de Bermudez pour les termes de pente. Enfin, dans le cas ou le système de Saint-venant est couplé à l'équation de transport d'une substance polluante, nous avons utilisé le schéma vf4 pour la discrétisation de la partie diffusive sur des maillages non structurés triangulaires. Plusieurs tests numériques et comparaisons avec des résultats expérimentaux, en une et deux dimensions d'espace, sont réalisés.

Cette recherche est une contribution à l'étude du comportement des assemblages brasés destinés à la réalisation des moules d'injection de matière thermoplastique obtenus par empilement de couches élémentaires brasées entre elles. Des essais mécaniques ont été réalisés afin de caractériser et prédire la durée de vie de l'assemblage brasé retenu comme optimal. Les paramètres de la loi de comportement du joint de brasage on été identifiés par une méthode inverse utilisant les résultats de l'essai de cisaillement et un calcul par éléments finis. Le jeu de paramètres caractérisant le domaine élastique du matériau a été exploité par la suite pour réaliser une approche analytique en 3D du comportement élastique à l'intérieur du joint de brasage. Enfin, une étude paramétrique géométrique a été réalisée afin d'évaluer la répartition des contraintes dans le joint de brasage, sollicité en cisaillement pur et en traction bout à bout
This research is a contribution to the study of behaviour of the brazed assemblies intended for the realization of injection mould of thermoplastics obtained by the stacking of elementary steel sheets, machined then brazed together. Mechanical tests have been carried out, in order to characterize the brazed assembly under the brazing configuration regarded as favourable. An elastoplastic behaviour with isotropic work hardening of the braze material was identified using a least-squares method, based on experimental results and on finite-elements calculations. The 3D elastic behaviour within the brazing joint was studied, under various loading conditions, so as to predict the conditions for plastification of the joint. Last, a numerical study of the geometrical parameters of a brazed assembly was carried out to evaluate the stress distribution within the brazing joint (under pure shear and traction loadings, respectively)

Cette thèse présente de nouveaux développements en détection de particules chargées et traitement tout-numérique d'impulsions pour application à l'analyse avec des faisceaux d'ions rapides (IBA). Un ensemble de 16 détecteurs gravés sur une puce de Si est mis en œuvre, ce qui fournit un angle solide de détection environ 100 fois plus grande que celle des détecteurs utilisés auparavant pour l'IBA. Seize chaines d'acquisition sont également mises en œuvre avec une approche 'tout-numérique' pour le traitement des signaux issus des détecteurs. Dans son ensemble, le système ainsi développé a une résolution en énergie équivalent à celle des détecteurs standards. La considérable quantité d'information ainsi générée est traitée de manière cohérente en ajustant des spectres en énergie simulé aux spectres mesurés grâce à un algorithme de recuit simulé, avec le NDF DataFurnace. Les grandes angles solides disponibles sont exploitées pour des études par rétrodiffusion de Rutherford (RBS) et canalisation d'ions de l'isolant topologique Bi2Se3 enrichi en fer en vue d'études de l'effet thermoélectrique, de spintronique ou encore la computation quantique, ainsi que pour des études par RBS et analyse par réactions nucléaires (NRA) de matériaux pour la photovoltaïque organique, basés sur tetraphenyldibenzoperiflanthene (DBP) comme photo-absorbant avec oxydes de métaux de transition pour injection de charge
This thesis presents new developments in charged particle detection and digital pulse processing for application in analysis with fast ion beams - Ion Beam Analysis (IBA). In particular a charged particle detector array, consisting of 16 independent charged particle detectors on a single silicon chip is implemented giving an overall solid angle of detection around two orders of magnitude greater than the standard charged particle detectors used in IBA. Sixteen parallel data acquisition channels are implemented using a fully digital approach for nuclear pulse processing. The overall system has an energy resolution equivalent to that of standard detectors. The large amount of data generated is handled in a self-consistent way by spectrum fitting with a simulated annealing algorithm via the NDF DataFurnace. The large solid angles thus achieved are exploited in Rutherford Backscattering Spectrometry (RBS) and ion channelling studies of the topological insulator Bi2Se3 enriched in Fe, in view of studies of the thermo-electric effect, spintronics and quantum computing, and in RBS and Nuclear Reaction Analysis (NRA) studies of organic photovoltaic materials based on tetraphenyldibenzoperiflanthene (DBP) as the photo-absorber and transition metal oxide charge injectors

Le développement d’applications de traitement du signal pour des architectures multi-coeurs embarquées est une tâche complexe qui nécessite la prise en compte de nombreuses contraintes. Parmi ces contraintes figurent les contraintes temps réel, les limitations énergétiques, ou encore la quantité limitée des ressources matérielles disponibles. Pour satisfaire ces contraintes, une connaissance précise des caractéristiques des applications à implémenter est nécessaire. La caractérisation des besoins en mémoire d’une application est primordiale car cette propriété a un impact important sur la qualité et les performances finales du système développé. En effet, les composants de mémoire d’un système embarqué peuvent occuper jusqu’à 80% de la surface totale de silicium et être responsable d’une majeure partie de la consommation énergétique. Malgré cela, les limitations mémoires restent une contrainte forte augmentant considérablement les temps de développements. Les modèles de calcul de type flux de données sont couramment utilisés pour la spécification, l’analyse et l’optimisation d’applications de traitement du signal. La popularité de ces modèles est due à leur bonne analysabilité ainsi qu’à leur prédisposition à exprimer le parallélisme des applications. L’abstraction de toute notion de temps dans les diagrammes flux de données facilite l’exploitation du parallélisme offert par les architectures multi-coeurs hétérogènes. Dans cette thèse, nous présentons une méthode complète pour l’étude des caractéristiques mémoires d’applications de traitement du signal modélisées par des diagrammes flux de données. La méthode proposée couvre la caractérisation théorique d’applications, indépendamment des architectures ciblées, jusqu’à l’allocation quasi-optimale de ces applications en mémoire partagée d’architectures multi-coeurs embarquées. L’implémentation de cette méthode au sein d’un outil de prototypage rapide permet son évaluation sur des applications récentes de vision par ordinateur, de télécommunication, et de multimédia. Certaines applications de traitement du signal au comportement très dynamique ne pouvant être modélisé par le modèle de calcul supporté par notre méthode, nous proposons un nouveau méta-modèle de type flux de données répondant à ce besoin. Ce nouveau méta-modèle permet la modélisation d’applications reconfigurables et modulaires tout en préservant la prédictibilité, la concision et la lisibilité des diagrammes de flux de données
The development of embedded Digital Signal Processing (DSP) applications for Multiprocessor Systems-on-Chips (MPSoCs) is a complex task requiring the consideration of many constraints including real-time requirements, power consumption restrictions, and limited hardware resources. To satisfy these constraints, it is critical to understand the general characteristics of a given application: its behavior and its requirements in terms of MPSoC resources. In particular, the memory requirements of an application strongly impact the quality and performance of an embedded system, as the silicon area occupied by the memory can be as large as 80% of a chip and may be responsible for a major part of its power consumption. Despite the large overhead, limited memory resources remain an important constraint that considerably increases the development time of embedded systems. Dataflow Models of Computation (MoCs) are widely used for the specification, analysis, and optimization of DSP applications. The popularity of dataflow MoCs is due to their great analyzability and their natural expressivity of the parallelism of a DSP application. The abstraction of time in dataflow MoCs is particularly suitable for exploiting the parallelism offered by heterogeneous MPSoCs. In this thesis, we propose a complete method to study the important aspect of memory characteristic of a DSP application modeled with a dataflow graph. The proposed method spans the theoretical, architecture-independent memory characterization to the quasi-optimal static memory allocation of an application on a real shared-memory MPSoC. The proposed method, implemented as part of a rapid prototyping framework, is extensively tested on a set of state-of-the-art applications from the computer-vision, the telecommunication, and the multimedia domains. Then, because the dataflow MoC used in our method is unable to model applications with a dynamic behavior, we introduce a new dataflow meta-model to address the important challenge of managing dynamics in DSP-oriented representations. The new reconfigurable and composable dataflow meta-model strengthens the predictability, the conciseness and the readability of application descriptions

La circulation des tramways peut produire des vibrations se propageant dans le sol, et induire une gêne pour les personnes résidant et travaillant dans les bâtiments voisins de la voie. Par conséquent, lors de la réalisation d'une ligne de tramway, il est important de considérer ces phénomènes vibratoires. Dans ce contexte, l'objectif de ce travail est double. Premièrement, les procédures expérimentales permettant d'analyser les vibrations générées par le tramway sont présentées, prenant en compte notamment : la vitesse et le type de rame (deux constructeurs), le type de pose (classique ou sur dalle flottante), et les caractéristiques du sol. Le traitement des données expérimentales fournit des informations sur le sol (procédure Sasw), une validation du comportement de la voie (mobilités de transfert voie-sol et réceptance du rail) en comparaison avec les données constructeurs, et l'estimation des efforts dynamiques exercés par les essieux sur les rails (mesures de vibrations sur un bogie porteur). Le second objectif correspond à la validation des modèles numériques (prenant en compte la voie et le sol) pour la prédiction des vibrations générées. Les efforts dynamiques provenant des essieux sont estimés à partir de rugosités simplifiées pour les rails et les roues, ces rugosités étant validées par comparaison avec les mesures. Les équations couplées sont résolues dans le domaine des nombres d'onde, à l'aide de transformées de Fourier (une ou deux dimensions). L'effet de la rotation de la dalle flottante ou d'assise est pris en compte et intervient de façon significative dans la réponse du sol. Étant donné que la précision des amplitudes vibratoires calculées dans le cas d'un passage de tramway est correcte, ce travail peut être utilisé pour l'analyse et la validation de nouvelles lignes de tramways.

Au cours du traitement thermique rapide (RTP) des cellules photovoltaïques à couches minces, un suivi du profil de température souhaité et une homogénéité de la chauffe substrat doivent être assurés. Le but de cette thèse est de proposer une méthodologie de conception d'un four RTP permettant d'atteindre la qualité du cycle de la chauffe souhaitée.Une modélisation thermique est réalisée en se basant sur la méthode de réseaux de composants afin de prédire le comportement thermique dynamique du four. L'approximation des flux plans et l'approximation des couches minces semi-transparentes sont utilisées pour le calcul des facteurs d'échanges directs. L'algorithme des revêtements est appliqué pour en déduire les facteurs de transfert. Le modèle thermique développé est validé expérimentalement sur un four de petites dimensions. Une méthodologie de conception du four RTP est proposée en tenant compte de l'aspect dynamique des conditions thermiques du four. Une optimisation par algorithme génétique est effectuée pour trouver l'emplacement des émetteurs. Pour chacune des configurations testées, la distribution de la puissance aux émetteurs à fournir à chaque instant est optimisée par programmation dynamique. Finalement, cette méthodologie est appliquée pour la conception d'un four RTP pour le traitement de cellules photovoltaïques à couches minces de 30 × 60 cm2. Les résultats des essais confirment la validité de la méthodologie proposée
During the rapid thermal processing (RTP) of thin film photovoltaic cells, the temperature of the latter has to follow a preset time evolution profile, while keeping spatial uniformity of the wafer. The aim of this study is to propose a design methodology of RTP furnace in order to obtain the quality of the required heating cycle.A thermal modeling is performed based on the component interaction network approach to predict the thermal behavior of the furnace. Flux plane approximation and semi-transparent thin layer approximation are used to calculate the direct exchange factor. The plating algorithm is then applied to calculate the transfer factor. The thermal model developed is validated experimentally on a furnace of small dimensions. A methodology to design a RTP furnace is proposed taking into account the dynamic aspect of the thermal conditions of the furnace. An optimization using the genetic algorithm is performed in order to find emitter dispositions. For each tested configuration, the optimal input power distribution over the emitters at each time step is found by using real time dynamic programming. Finally, the methodology is applied for the design of RTP furnace for the heat treatment of thin film photovoltaic cells of 30 × 60 cm2. Test results confirm the validity of the methodology proposed

Ce travail est consacré à l'analyse asymptotique des problèmes de contact d'un domaine homogène et d'un domaine perforé. Les modèles physiques considérés sont linéaires stationnaires ou non-stationnaires, scalaires ou systèmes. Ils comportent deux paramètres de comportement opposé. Sur le bord des trous, nous considérons les conditions de Dirichlet et de Neumann homogènes. Nous analysons la dépendance des solutions et conditions aux limites effectives par rapport à la discontinuité à l'interface, grâce aux couches limites et aux développements asymptotiques et à l'étude des couches limites qui décrivent l'interaction entre les deux sous-domaines assez différents. Nous obtenons explicitement les problèmes homogénéisés avec les conditions aux limites homogénéisées associées sur le bord et sur l'interface

L'étude ferroviaire présentée dans ce mémoire traite de trois types de dégradations de profils des roues et des rails en service. Comme tous les solides devant assurer une liaison par contact, les roues et les rails ferroviaires sont affectés par des dégradations telles que l'usure et la fatigue. Dans un premier temps, on s'intéresse à l'usure régulière des profils des roues et des rails. Ce type d'usure influence en particulier la stabilité des véhicules, donc le confort et la sécurité. Nous exposons notre modèle de simulation numérique de l'usure transverse des profils ; sa validation étant assurée par des applications à des profils mesurés sur le réseau S.N.C.F. Nous abordons ensuite le phénomène d'usure irrégulière longitudinale des roues à grande vitesse. Nous traitons cette partie avec de nouvelles hypothèses sur un mécanisme d'apparition d'ondulations. L'origine de ce phénomène est due au couplage, à travers le contact, de la dynamique transversale des bogies et de la torsion de l'axe des essieux. En nous appuyant sur deux modèles de simulations numériques, nous montrons la validité des hypothèses et nous mettons en évidence le mécanisme d'usure irrégulière longitudinale des roues. La dernière partie est consacrée à la fatigue des rails soumis au contact roulant, on y étudie une forme particulière appelée le Head Checking. Une première phase, basée sur l'étude des efforts de contact dus au comportement en courbes de certains véhicules ferroviaires, nous permet d'isoler les caractéristiques du système véhicule-voie les plus contraignantes. Une seconde étape consiste à étudier les conditions d'amorçage des fissures par deux approches : le critère de Dang Van et la mécanique de l'endommagement. Les résultats obtenus nous permettent de proposer des dispositions qui semblent appropriées à la lutte contre le Head Checking.

Cette thèse capture, décrit, documente et conceptualise un phénomène inexploré mais important, l'innovation numérique intersectorielle, en fertilisant de manière croisée la maintenance des actifs dans les secteurs de l'aviation et du fret ferroviaire. Le rail est le mode de transport de marchandises le plus économe en énergie et le moins polluant. Cependant, le statu quo en matière de maintenance des wagons de fret ferroviaire en Europe présente un état d'inefficacité et un manque d'intelligence. Avec le développement rapide des technologies numériques, la maintenance conditionnelle et prédictive est une excellente opportunité de réaliser un grand gain d’efficacité dans la maintenance des wagons, rendant potentiellement le transport ferroviaire de marchandises compétitif et durable. La manière de tirer parti des technologies numériques au profit de la maintenance des wagons de fret ferroviaire n'est pas seulement un problème technique sur la façon de bien utiliser la technologie numérique pour améliorer l'efficacité de la maintenance, mais aussi un problème stratégique sur la manière d'innover pour générer une croissance de la valeur. dans l'industrie du fret ferroviaire. Quand il s’agit de résoudre des problèmes pratiques aussi complexes, les meilleures idées viennent parfois de l’extérieur de votre secteur. Comme initié par le projet Aero-Ferro Benchmark, l’apprentissage des meilleures pratiques de l’aviation contribuera au succès du fret ferroviaire. Ainsi, cette thèse vise à conceptualiser comment réaliser une innovation numérique intersectorielle dans la maintenance des actifs, et à résoudre le problème de ce que le fret ferroviaire peut apprendre de l'industrie aéronautique. À cet égard, sont passées en revue les théories pertinentes dans le domaine de l’innovation et de la stratégie pour trouver un soutien théorique. Cependant, l’innovation numérique intersectorielle est un domaine tellement naissant qu’aucune théorie ne pourrait directement aider à définir, analyser et aborder cette question complexe. Cela nous motive à conceptualiser un nouveau cadre théorique pour expliquer ce phénomène emergent en menant une étude de cas exploratoire sur l’innovation numérique dans la maintenance des actifs dans les secteurs du fret aérien et ferroviaire. Nous commençons par déterminer un cadre préliminaire de système de maintenance des actifs à partir de deux sous-systèmes (système technique et système commercial) pour guider la théorisation basée sur les phénomènes. Ensuite, une approche de raisonnement abductif et de peignage des systèmes est suivie, ainsi qu'une revue de la littérature et une étude de cas comme principales méthodes de recherche. Les résultats d’une étude de cas sur le système technique suggèrent que la stratégie de maintenance des wagons de fret ferroviaire subira un changement de paradigme impératif, passant du préventif au prédictif, notamment en termes d’utilisation de la technologie numérique et de gestion des données. Ainsi, une architecture technique de maintenance prédictive basée sur la surveillance de l’état des wagons de fret ferroviaire est proposée. Pour le système d'affaires, cette thèse analyse l'évolution des rôles des principaux acteurs dans ce paysage émergent de la maintenance numérique et l'évolution de leurs modèles économiques dans l'écosystème de la maintenance des wagons, prévoyant l'innovation potentielle des modèles économiques des équipementiers de matériel roulant (wagons), des opérateurs ferroviaires de fret et gardiens de wagons. Cette thèse offre des contributions théoriques et pratiques perspicaces. Premièrement, cette thèse fait progresser la construction théorique de l’innovation numérique intersectorielle. Un cadre stratégique d’innovation numérique intersectorielle basé sur des phénomènes est élaboré. Deuxièmement, cette thèse oriente la stratégie de résolution de problèmes d’innovation numérique dans la maintenance des wagons dans l’industrie du fret ferroviaire
A phenomenon-based exploratory case study Abstract This thesis captures, describes, documents, and conceptualize an unexplored yet significant phenomenon, cross-industry digital innovation, by cross-fertilizing the asset maintenance in aviation and rail freight industries. Rail is the most energy-efficient and low-emitting freight transport mode. However, the status quo of rail freight wagon maintenance in Europe presents a state of inefficiency and lack of intelligence. With the rapid development of digital technologies, condition-based and predictive maintenance represent an excellent opportunity to yield a big efficiency leap in wagon maintenance, thus potentially making rail freight transport competitive and sustainable. This thesis argues that how to leverage digital technologies to benefit rail freight wagon maintenance is not only a technical problem of how to make good use of digital technology to improve maintenance efficiency, but also a strategic problem of how to innovate business model to generate value growth for rail freight industry. When solving such complex practical problems, sometimes the best ideas come from outside your industry. As initiated by the Aero-Ferro Benchmark project, learning the best practice from aviation will contribute to rail freight success. Thus, this thesis aims to theoretically conceptualize how to carry out cross-industry digital innovation in asset maintenance, and to practically solve the problem of what rail freight can learn from the aviation industry. In this respect, this thesis reviews relevant theories in the field of innovation and strategy aiming to find theoretical support. However, based on the knowledge gaining from literature, it is found that cross-industry digital innovation is such an infant field that no well-established and well-fitting theory could directly help define, analyze and address this complex issue. This motivates us to conceptualize a new theoretical framework to explain this emerging phenomenon. To achieve this purpose, this thesis conducts an exploratory case study on digital innovation in asset maintenance in aviation and rail freight industries. We start from determining a preliminary asset maintenance system framework from two sub-system (technical system and business system) to guide the phenomenon-based theorizing. Then, an abductive reasoning and system combing approach is followed, together with literature review and case study as the main research methods. Findings from case study on the technical system argue that the maintenance strategy of rail freight wagons will undergo an imperative paradigm shift from preventive to predictive, especially in terms of utilizing digital technology and data management. Thus, a technical architecture of condition monitoring based predictive maintenance for rail freight wagons is proposed in this thesis. For the business system, this thesis analyzes the changing roles of main actors in this emerging digital maintenance landscape and the evolution of their business models in wagon maintenance ecosystem, forecasting the potential business model innovation of rolling stock(wagon) OEMs, cargo rail operators and wagon keepers. In doing so, this thesis offers insightful theoretical and practical contributions. First, this thesis contributes to advancing the theory building in cross-industry digital innovation. A phenomenon-based cross-industry digital innovation strategy framework is developed. Second, this thesis contributes to guiding the problem-solving strategy of digital innovation in wagon maintenance in rail freight industry

L'objectif de ce travail est une conlribution à l'analyse des processus de formation des crues sur un bassin méditerranéen à l'occasion des épisodes pluvieux. Nous avons essayé de comprendre les caractéristiques hydrologiques d'un bassin par une démarche mécaniste. Pour cela, nous avons étudié la part, dans le débit de la rivière pendant les crues, du débit provenant d'un écou!ement soit par ruissellement généralisé, soit souterrain ou de subsurface, soit sur zones saturées contributives. Le bassin versant a été schématisé comme la succession de deux unités hydrologiques: le versant et le réseau hydrographique. Ainsi, la première partie de ce mémoire est consacrée à l'analyse mécaniste des apports à la riuvière à l'échelle du versant. Pour chaque processus, une étude expérimentale a été menée afin d'étudier les lois qui régissent ces écoulement. Nous avons montré. que les écoulements en surface ne suivent pas une loi d'écoulement plan turbulent Les écoulements en litière, immédiatement sous la surface du sol, suivent une loi de Manning. Enfin, les écoulements de subsurface suivent une lol de Darcy. A l'échelle du versant, la modélisation des écoulements avec les lois mesurées ne les entretient jamais assez longtemps pour expliquer les hydrogrammes de bassin. La seconde partie de ce mémoire consiste en une modélisation à l'échelle du bassin des écoulements dans le cas des trois processus de formation des crues. Cette modélisation a cherché à reproduire les hydrogrammes du bassin. On montre que lorsque le bassin est sec, les écoulements proviennent principalement du ruissellement généralisé. Lorsque le bassin est plus humide, les pluies mettent d'abord en activité des écoulements souterrains et de subsurface, puis si les pluies sont importantes, le mécanisme d'écoulement sur surfaces saturées contributives devient prépondérant

Dans cette thèse, on étudie de manière précise les effets de la rotation rapide sur les oscillations stellaires. Les méthodes précédentes étaient inadéquates par rapport aux exigences de l'astérosismologie, soit parce qu'elles prenaient en compte de manière perturbative la rotation, ce qui les limite à de faibles vitesses de rotation, soit à cause d'une précision numérique insuffisante. Pour répondre à ces difficultés, on développe ici une approche complète basée sur l'utilisation de méthodes spectrales et d'un système de coordonnées qui s'adapte à la forme aplatie de l'étoile. On calcule alors des modes acoustiques et des fréquences propres de modèles polytropiques d'étoiles en rotation uniforme. À partir des résultats obtenus, on établit, pour la première fois, des domaines de validité des méthodes perturbatives. On analyse, par ailleurs, l'organisation asymptotique du spectre de fréquences et la structure géométrique des modes de pulsations à des vitesses de rotation élevées.

L'étoile beta Pictoris est à l'heure actuelle la seule étoile de la séquence principale autour de laquelle un disque de poussières a été visualise (1984). L'observation de son spectre visible et ultra-violet a révélé la présence de raies en absorption dues à la partie gazeuse du disque. L'étude de cette partie gazeuse a révélé que les raies observées variaient dans le temps: parfois, des composantes additionnelles en absorption, décalées par effet doppler vers les grandes longueurs d'onde y apparaissent. Ces phénomènes sporadiques ont été reliées à la chute vers l'étoile de petit corps de type comètaire vaporisant des éléments métalliques. La dynamique d'ions métalliques évaporés d'un corps parent a été ensuite etudiée, et une modélisation numerique du comportement d'un nuage de ces ions a été entreprise. La simulation a montré que les observations étaient reproduites par le modèle. De plus, la différence de comportement entre les raies visibles et uv a été expliquée. Des contraintes déduites de la simulation ont alors permis de formuler une hypothèse selon laquelle une planète située dans le disque pourrait par perturbations être responsable de la chute d'objets vers l'étoile. Un modèle fondé sur cette hypothèse a été ensuite développé. La simulation qui en a résulté a permis de montrer que si l'orbite de la planète est suffisamment elliptique, des perturbations sont capables d'envoyer un grand nombre de petits objets vers l'étoile. Il est ressorti de cette étude que l'évolution globale, constatée sur quelques années, des raies de beta Pictoris apparaissait comme une conséquence naturelle du modèle. En poursuivant l'étude théorique de ce disque, nous saurons peut-être s'il constitue le premier exemple de système planétaire découvert en dehors du système solaire

Les bassins d’infiltration font partie intégrante des techniques alternatives de gestion des eaux pluviales en milieu urbain. Néanmoins, la potentialité de transfert de polluants vers la nappe est accrue en cas d’écoulements préférentiels dans les sols sous-jacents. Une bonne compréhension du couplage entre processus d’écoulements préférentiels en zone vadose et mécanismes géochimiques est requise. Cette thèse s’inscrit dans le cadre du suivi d’un bassin d’infiltration depuis plusieurs dizaines d’années de fonctionnement. Le site d’étude est situé sur le dépôt fluvioglaciaire hétérogène couvrant une grande partie de la région lyonnaise. Des auscultations sur une fosse sous le bassin (section 13.5m*2.5m) ont mis en évidence une régionalisation particulière de la pollution dans le sol. Cette étude s’appuie sur une étude numérique visant à identifier l’origine de la régionalisation des polluants et à la relier aux écoulements préférentiels résultant des hétérogénéités lithologiques. En amont de l’étude numérique, les lithofaciès sont complètement caractérisés aux regards de leurs propriétés hydrodynamiques, hydrodispersives et géochimiques. La modélisation numérique permet de souligner l’établissement de cheminements préférentiels en lien avec le contraste de propriétés hydrodynamiques, notamment lorsque de faibles débits sont appliqués en surface. Le rôle de chaque lithofaciès et de l’architecture du dépôt (stratification et inclusions) est clairement identifié. Les répercussions de tels écoulements sur les transferts non réactifs sont ensuite investiguées en combinant l’influence des écoulements préférentiels et le fractionnement de l’eau en fractions mobile et immobile résultant de l’hétérogénéité intrinsèque au sein de chaque lithofaciès. Enfin, ces processus physiques sont couplés à la réactivité géochimique pour le cas d’un polluant modèle (le cuivre) en prenant en compte la réactivité différentielle des lithofaciès. Ces résultats permettent de générer un modèle conceptuel d’écoulements préférentiels et de transfert de masse en milieu fortement hétérogène
An infiltration basin is a stormwater best management practice (BMP) designed to infiltrate runoff volumes in urban areas. Nevertheless, preferential flow paths in the underlying soil may cause rapid migration of pollutants, thus contributing to groundwater contamination. Understanding the coupling between preferential flow processes in the vadose zone and geochemical mechanisms is then required. This thesis is a part of the follow-up of an infiltration basin for several decades of exploitation. The study site was settled over a highly heterogeneous glaciofluvial deposit covering much of the Lyon region. The investigation of an excavated section of the basin (13.5m long and 2.5m deep) pointed out a specific regionalization of pollution in the soil. This research is based on a numerical study to identify the origin of such a pollutant pattern and link this with preferential flow resulting from lithological heterogeneities. Different lithofacies were fully characterized regarding their hydraulic, hydrodispersive and geochemical properties. The numerical study proves that the high contrast in hydraulic properties triggers the establishment of preferential flow (capillary barriers and funneled flow). Preferential flow develops mainly for low initial water contents and low fluxes imposed at surface. The role of each lithofacies and architecture of deposit (stratification and inclusions) is clearly identified. The impact of such flows on non-reactive transfers is then investigated by combining the influence of preferential flow and pore water fractionation info into mobile and immobile fractions, resulting from the intrinsic heterogeneity within each lithofacies. Finally, these physical processes are coupled to the geochemical reactivity for a pollutant model (copper), taking into account the differential reactivity of lithofacies. These results generate a conceptual model of preferential flow and mass transfer in strongly heterogeneous media

Le cancer du sein est aujourd’hui le cancer le plus fréquent chez la femme ainsi que la première cause de décès féminin par cancer. Actuellement, l’IRM mammaire n’est réalisée qu’en seconde intention lorsque les autres modalités d’imagerie ne suffisent pas à poser un diagnostic. Dans le cas des populations à risque, l’IRM mammaire est recommandée comme examen de dépistage annuel en raison de sa très haute sensibilité de détection. Par IRM, la détection d’un cancer du sein se fait à la suite de l’injection d’un produit de contraste qui permet de visualiser les lésions mammaires en hypersignal. La majeure partie du diagnostic repose sur l’analyse morphologique de ces lésions ; une acquisition hautement résolue spatialement est donc nécessaire. Malgré l’utilisation des techniques d’accélération courantes, le volume de données à acquérir reste important et la résolution temporelle de l’examen d’IRM mammaire est aujourd’hui aux alentours d’une minute. Cette faible résolution temporelle limite donc intrinsèquement la spécificité de l’examen d’IRM mammaire. Un examen avec une haute résolution temporelle permettrait l’utilisation de modèles pharmacocinétiques donnant accès à des paramètres physiologiques spécifiques des lésions. L’approche proposée dans ce travail de thèse est le développement d’une séquence IRM permettant à la fois la reconstruction classique d’images, telle que celle utilisée en routine clinique pour le diagnostic, ainsi qu’une reconstruction accélérée d’images avec une plus haute résolution temporelle permettant ainsi l’application de modèles pharmacocinétiques. Le développement de cette séquence a été réalisé en modifiant l’ordre d’acquisition du domaine de Fourier de la séquence utilisée en clinique, afin qu’il soit aléatoire et permette la reconstruction a posteriori de domaines sous-échantillonnés acquis plus rapidement. Des acquisitions sur des objets tests, sur des volontaires et sur des patientes ont montré que l’acquisition aléatoire ne modifiait pas les images obtenues par reconstruction classique permettant ainsi le diagnostic conventionnel. Une attention particulière a été portée pour permettre la suppression de graisse nécessaire à l’acquisition des images d’IRM mammaire. Les reconstructions des domaines sous-échantillonnés sont réalisées via des reconstructions Compressed Sensing permettant la suppression des artéfacts de sous-échantillonnage. Ces reconstructions Compressed Sensing ont été développées et testées sur des fantômes numériques reproduisant des IRMs mammaires. Le potentiel de cette nouvelle acquisition a enfin été testé sur une lésion artificielle mammaire, développée à cet effet, et reproduisant des prises de contraste mammaires
Breast cancer is nowadays the first cause of female cancer and the first cause of female death by cancer. Breast MRI is only performed in second intention when other imaging modalities cannot lead to a confident diagnosis. In high risk women population, breast MRI is recommended as an annual screening tool because of its higher sensitivity to detect breast cancer. Breast MRI needs contrast agent injection to visualize enhancing lesions and the diagnosis is mostly based on morphological analysis of these lesions. Therefore, an acquisition with high spatial resolution is needed. Despite the use of conventional MRI acceleration techniques, the volume of data to be acquired remains quite large and the temporal resolution of the exam is around one minute. This low temporal resolution may be the cause of the low specificity of breast MRI exam. Breast MRI with higher temporal resolution will allow the use of pharmacokinetic models to access physiological parameters and lesion specifications. The main aim of this work is to develop a MRI sequence allowing a flexible use of the acquired data at the reconstruction stage. On the one hand, the images can be reconstructed with a conventional reconstruction like the protocol used in clinical routine. On the other hand, the new MRI sequence will also allow the reconstruction of images with a higher temporal resolution allowing the use of pharmacokinetic models. The development of this sequence was done by modifying the acquisition order in the Fourier domain. A random acquisition of the Fourier domain will allow the reconstruction of sub-sampled domains acquired faster. We paid attention to fat suppression efficiency with this new Fourier domain acquisition order. Tests were performed on phantom, female volunteers and patients. These tests showed that the random acquisition did not impact the quality of images (MRI signal and lesion morphology) obtained by conventional reconstruction thus allowing the conventional diagnosis. The reconstructions of the sub-sampled Fourier domains were made using Compressed Sensing reconstructions to remove sub-sampling artifacts. These reconstructions were developed and tested on digital phantoms reproducing breast MRI. The potential of this new MRI acquisition was tested on an artificial enhancing breast lesion developed especially for this purpose

Les engrenages roues et vis sans fin sont une solution avantageuse pour transmettre le couple entre des axes perpendiculaires non concourants. Ces engrenages offrent une solution simple et efficace en terme de coût dans les applications de transmission de puissance, où un grand rapport de réduction est nécessaire, en comparaison avec les engrenages classiques à axes parallèles qui nécessitent normalement deux ou trois étapes pour obtenir les mêmes réductions avec une augmentation conséquente de complexité et du nombre de pièces. L’usure de surface est un des modes de défaillance observés dans la vie des engrenages roues et vis sans fin qui influe sur la portée de contact, les caractéristiques de transmission et le bruit résultant. La première étape de ces travaux est la mise au point d’un modèle numérique pour étudier le comportement quasi statique des engrenages roues et vis sans fin avec une roue en bronze et une vis en acier. Le modèle est basé sur la résolution des équations de compatibilité des déplacements ainsi que sur la méthode des coefficients d’influence. Les effets globaux de flexion et les effets locaux de contact ont été séparés. Les effets de contact ont été obtenus par la théorie de Boussinesq. Les coefficients de flexion sont estimés par la combinaison d’un calcul Éléments Finis et des fonctions d’interpolation, permettant d’une part de prendre en compte l’environnement de l'engrenage (la géométrie des arbres, des jantes et des voiles, l’emplacement des roulements,...) et d’autre part de réduire significativement les temps de calculs. Dans une seconde étape, une méthodologie est proposée pour modéliser l’usure de la surface de dent de la roue. Le modèle de contact quasi-statique de la répartition des charges est combiné avec un modèle d’usure d’Archard. Ce modèle suppose que la profondeur d’usure est directement proportionnelle à la pression de contact et à la distance de glissement et inversement proportionnelle à la dureté du matériau. Cette loi d’usure est modifiée pour prendre en compte l’influence des conditions de lubrification en utilisant un coefficient d’usure local, dépendant de l’épaisseur du film lubrifiant, rapportée à l’amplitude des rugosités des surfaces. L’enlèvement de matière par l’usure du flanc de la roue influe sur la répartition des pressions et donc les modifications de la géométrie des dents doivent être incluses dans la prédiction de l’usure. Le calcul des pressions de contact est ainsi mis à jour pour tenir compte des changements de géométrie. Enfin, pour valider le modèle développé des comparaisons du modèle avec des résultats expérimentaux issus de la bibliographie ont été effectuées
Worm gears are one of the technical devices for transmitting torque between spatial crossed axes. They provide a simple and cost effective solution in power transmission applications, where a high reduction ratio is required. Comparable conventional parallel axis gearing would normally require two or three stages to achieve the same reduction, with a consequent increase in complexity and number of parts. Surface wear is one of the failure modes observed in life worm gear sets which affects the contact patterns, the other transmission characteristics and the resultant noise. The first step of this work is the development of a numerical model to study provide the quasi-static behavior of worm gears with bronze wheel and steel worm. The model is based on solving of the equation of displacement compatibility and the influence coefficient method. The global effects of bending and local effects of contact are separated. The contact effects are obtained with the theory of Boussinesq. Bending effects are estimated by the combination of one standard FEM computation and interpolation functions. These methods allow, on the one hand, to take into account the environment of the gear (shaft shape, rim, web, bearing location ...) and on the other to reduce significantly the computation time. In a second step, a methodology is proposed for predicting the wear of the wheel tooth surface. In this process, a quasi-static contact model of the load distribution is combined with Archard's wear model. This model assumes that the wear depth is directly proportional to the contact pressure and sliding distance and inversely proportional to the hardness of the material. The wear law is modified to take into account the influence of the lubrication conditions using a local wear coefficient, depending on the lubricant film thickness, relative to the amplitude of surface roughness. Removal of material by wear on the wheel flank affects the pressure distribution, therefore the changes in teeth must be included in the prediction of wear. The calculation of contact pressures must also be updated to take into account the modification of the gear flank geometry. The last step concerns the validation of the numerical. Comparisons have been carried out between the model results and experimental ones issued from the bibliography

Magnetic Resonance Spectroscopy (MRS) and Spectroscopic Imaging (MRSI) play an emerging role in clinical assessment, providing in vivo estimation of disease markers while being non-invasive and applicable to a large range of tissues. However, static magnetic field inhomogeneity, as well as eddy currents in the acquisition hardware, cause important distortions in the lineshape of acquired NMR spectra, possibly inducing significant bias in the estimation of metabolite concentrations. In the post-acquisition stage, this is classically handled through the use of pre-processing methods to correct the dataset lineshape, or through the introduction of more complex analytical model functions. This thesis concentrates on handling arbitrary lineshape distortions in the case of quantitation methods that use a metabolite basis-set as prior knowledge. Current approaches are assessed, and a novel approach is proposed, based on adapting the basis-set lineshape to the measured signal.Assuming a common lineshape to all spectral components, a new method is derived and implemented, featuring time domain local regression (LOWESS) filtering. Validation is performed on synthetic signals as well as on in vitro phantom data. Finally, a completely new approach to MRS quantitation is proposed, centred on the use of the compact spectral support of the estimated common lineshape. The new metabolite estimators are tested alone, as well as coupled with the more common residual-sum-of-squares MLE estimator, significantly reducing quantitation bias for high signal-to-noise ratio data.

Le procédé thermique rapide (RTP : Rapid Thermal Process) est très utilisé dans la fabrication des composants de microélectronique. Il correspond à plusieurs étapes clés comme les recuits d'implantation, de siliciuration, d'oxydation, de nitruration et le dépôt de couches minces par CVD (Chemical Vapor Deposition). Il consiste à chauffer un nombre restreint de substrats de silicium par des lampes infrarouges permettant ainsi des durées de traitement très courtes. L'enjeu majeur est d'obtenir une température uniforme à la surface du substrat.Le but de cette étude est de mieux comprendre les relations entre le chauffage par les lampes infrarouges et le profil de température d'un substrat de silicium dans un système thermique rapide, le système AS-One 150, en vue d'améliorer l'uniformité de la température du substrat de silicium. La modélisation du système est réalisée en deux et trois dimensions. La modélisation approfondie d'une lampe infrarouge est aussi effectuée pour mieux cerner les paramètres des lampes à entrer dans les modèles en deux et trois dimensions. Les modélisations ont été réalisées à l'aide du logiciel CFD'ACE. Les équations de conservation de la masse et de la chaleur ont été considérées et l'équation de transfert radiatif est résolue selon un schéma utilisant la méthode Monte-Carlo. Les modèles sont validés en confrontant les profils de température du substrat et les températures des filaments à des mesures expérimentales. Des simulations avec le modèle en deux dimensions sont par la suite réalisées pour mettre en évidence l'influence du hublot en quartz sur le profil de température du substrat et inversement. Différents paramètres du modèle sont modifiés comme les propriétés radiatives du substrat et du hublot ou la diffusivité. Cette corrélation est ensuite expliquée par les propriétés d'émission, d'absorption, de réflexion et de transmission du substrat de silicium et du hublot en quartz et par l'influence des parois froides du réacteur à 300 K. Les différents phénomènes expliquant la forme du profil de température du substrat sont alors posés dans un schéma en quatre phases. La discussion de ce schéma permet d'aboutir à deux idées pour améliorer l'uniformité de la température du substrat. Ces dernières consistent à modifier les propriétés radiatives au niveau de la surface inférieure du hublot pour laisser passer le rayonnement des lampes et éviter l'absorption du rayonnement émis par le substrat de silicium selon deux configurations. Ces idées sont alors vérifiées par des simulations numériques en deux dimensions. Une future mise en œuvre expérimentale est finalement envisagée.