Thèses sur le sujet « Modélisation par élément finis et élément discrets »

La mauvaise qualité de la couche de fondation est un défi important dans la construction de routes non revêtues. Les géosynthétiques (GSY) sont des solutions innovantes développés à partir des années 70. Selon le type de GSY utilisé, ils peuvent assurer un ou plusieurs rôles, notamment la séparation, le renforcement par les effets membrane et la stabilisation par l'imbrication des grains de sol dans les ouverture de la géogrille et/ou le frottement à l'interface sol-GSY. Il existe dans la littérature peu de méthodes de dimensionnement pour quantifier ces mécanismes, et elles présentent des limites en raison de leur calibration sur des paramètres spécifiques aux GSY et au sol utilisé et, parfois, dans des conditions de charge statique plutôt que cyclique. La complexité des mécanismes et le nombre importants de paramètres qui interviennent dans leur mise en place requirent une analyse plus poussée dans ce domaine.Pour répondre à ce problème persistant, une série d'études expérimentales et numériques a été menée. Le volet expérimental a étudié la performance du renforcement sous des charges cycliques verticales et de circulation en testant deux GTX tissés avec deux rigidités de traction différentes et deux épaisseurs de plateformes granulaires. En parallèle à l'expérimentation, un modèle numérique couplant couplant la méthode des éléments discrets et la méthode des éléments finis (à l'aide du logiciel SDEC) a été utilisé. Ce modèle visait à mettre en évidence l'impact du GSY et des paramètres du sol sur le rôle du renforcement et à fournir des données sur des phénomènes difficiles à mesurer expérimentalement.Les plots expérimentaux sont formés d'une couche de sol de fondation avec un CBR d'environ 1 %, recouverte par une plateforme granulaire compactée d'une épaisseur de 300 mm ou 500 mm. Le GTX est placé à l'interface entre la couche de fondation et la couche de base. Les résultats ont montré que, sous des charges verticales cycliques, le GTX n’apportaient pas de gain d’efficacité des plateformes de 500 mm d’épaisseur. Pour une plateforme de 300 mm d’épaisseur, les deux GTXs ont réduit de manière significative le tassement par rapport à une plateforme non renforcée de la même épaisseur (300 mm) et à une plateforme plus épaisse (500 mm). L'amélioration la plus importante a été observée avec le GTX le plus rigide. Trois essais ont été réalisés avec une charge de trafic appliquée par le Simulateur Accélérateur de Trafic (SAT). Il a été démontré que la charge de circulation exerçait une plus grande déformation dans la plateforme par rapport à la charge verticale, mais il était difficile d'arriver à une conclusion définitive sur la comparaison entre une plateforme renforcée et non renforcée.Dans le modèle numérique, une loi de comportement (1D) a été intégrée prenant en compte les variations du module de réaction du sol pendant les phases de chargement et de déchargement ainsi qu’avec les cycles, et décrivant la transition d'un comportement plastique à un comportement quasi-élastique du sol compressible. Par ailleurs, la plateforme granulaire purement frottant a montré son incapacité à supporter la charge cyclique verticale appliquée sur une plaque circulaire placée au centre du modèle. Cette limitation « numérique » a nécessité l’ajout d’une cohésion entre les particules de sol. Une fois calibré, le modèle numérique s'est avéré capable de reproduire le comportement des plates-formes renforcées par GSYs sur sol mou au cours du premier cycle et au fur et à mesure des cycles. Initialement, les efforts de frottement dépassaient l'effet membrane, mais à mesure que la déflexion augmentait avec les cycles, l'effet membrane devenait plus important. En plus, une étude paramétrique sur la compressibilité de la couche de fondation, la rigidité du GSY, le frottement à l’interface sol granulaire-GTX et les paramètres mécaniques de la couche a permis de mettre en évidence l’influence de ces différents paramètres sur les mécanismes
Poor subgrade quality is a pervasive challenge in the construction of unpaved roads. Geosynthetics (GSYs) have emerged as innovative solutions since their initial usage in the late 1970s. Depending on the type of GSY employed, they can fulfil one or several roles, including separation, reinforcement by tensioned membrane effects, and stabilization by interlocking and/or friction at the soil-GSY interface. Few design methods exist in the literature to quantify these mechanisms, but they have limitations due to their calibration on specific GSY and soil parameters and, at times, under static rather than cyclic loading conditions. The various factors and parameters that influence the dominant mechanism and its corresponding contribution to platform enhancement underscore the necessity for further exploration in this area.To address this persistent issue, a series of experimental and numerical studies were conducted. The experimental part studied the performance of reinforcement under cyclic vertical and traffic loadings using two woven geotextiles (GTXs) with two different tensile stiffness and two base course thicknesses. Additionally, alongside the experimentation, a numerical model coupling the discrete element method and the finite element method (using Software-Defined Edge Computing) was employed. This model aimed to showcase the impact of GSY and soil parameters on reinforcement performance and provide insights into aspects challenging to measure through experimentation.The tested unpaved road sections are composed of a subgrade layer with a CBR around 1% covered by a compacted base course layer with thickness of 300 mm or 500 mm. The GTXs are placed at the interface between the subgrade and the base course layers. The results showed that the 500 mm base course reinforced platform did not exhibit reinforcement effects under vertical cyclic loading. However, the use of a 300 mm base course with GTX significantly reduced settlement compared to an unreinforced base course of the same thickness (300 mm) and to the thicker base course (500 mm). The most important improvement was observed with the highest-stiffness GTX. Moreover, three tests were performed under traffic loading applying by the Simulator Accelerator of Traffic (SAT). It was shown that traffic loading exerted greater deformation in the base course layer compared to vertical loading, but definitive conclusion can hardly be reached about the comparison between reinforced and unreinforced platform.In the numerical model, a behavioural law (1D) was integrated, considering the variation of the soil reaction modulus during loading and unloading phases and with cycles, and describing the transition of the soil from plastic to quasi-elastic behavior. In addition, the purely frictional base course layer revealed its incapacity to sustain the loading applied in the experimental. This inherent limitation prompted the incorporation of adhesion between soil particles to rectify this shortcoming in load-bearing capacity. Once calibrated the numerical model proved capable of accurately replicating the behavior of GTX-reinforced platforms in the first cycle and with cycles. It facilitated a quantification of the GTX friction effort and GTX tension effort with cycles. Initially, frictional forces outweighed the tensioned membrane effect, but as deflection increased with cycles, the latter became more prominent. This dynamic highlighted a diminishing dominance of the soil confinement mechanism with cycles, giving way to the increasing significance of the membrane effect. Furthermore, the subgrade softness, the GTX rigidity, the mattress-GTX interface parameters and the base course mechanical parameters influenced the behavior of the model

Les composants optiques de silice traversés par des flux lasers de haut niveau d'énergie à des longueurs d'onde de 351 nm peuvent être soumis à des endommagements. Il est admis que la présence de microfissures en sous surface, induit par les procédés d'abrasion des composants optiques, joue un rôle clé dans l'initiation des dommages lasers. Cette thèse propose de simuler le procédé de surfaçage par la méthode des éléments discrets afin de caractériser la densité et la répartition des microfissures en fonction des paramètres d'usinage
When fused silica optics are submitted to high-power laser (such as megajoule laser or National Ignition Facility) at the wavelength of 351 nm, fused silica optics can exhibit damage, induced by the high amount of energy traversing the part. Current researches have shown that this damage could be initiated on pre-existing sub-surface damages created during the polishing processes. The discrete element method (DEM) is proposed to simulate the polishing process and its impact on sub-surface damage creation

On propose dans ce travail des modélisations numériques globales et locale pour l'analyse des structures multicouches. Dans la première partie du mémoire, nous construisons un nouveau modèle monocouche équivalente destiné à l'analyse globale des multicouches épais, notamment des structures sandwich. Les équations du modèle sont de type Reyssner-Mindlin avec précontraintes. Ces précontraintes sont déterminées itérativement en partant d'une solution classique. Le modèle est ensuite implémenté dans le code éléments finis ABAQUS en développant un programme post-processeur pour le calcul itératif. La validité du système est testée sur différents exemples en comparant avec les solutions exactes et les calculs EF. Dans la seconde partie de la thèse, un nouvel élément fini de plaque basé sur le modèle M4 (Modèles Multiparticulaires des Matériaux Multicouches) du LAMI-ENPC est formulé pour l'analyse locale des contraintes interlaminaires. Cet élément quadrilataire à 8 noeuds est de continuité C° et possède 5n d.l.l par noeud (n étant le nombre de couches). Les contraintes interlaminaires sont déterminées directement à partir des équations constitutives du modèle en évitant des calculs supplémentaires. Un programme EF est développé pour l'implémentation de cet élément multiparticulaire. Le code EF obtenu est validé puis appliqué à l'étude des problèmes de bord libre. Finalement un exemple d'application de la stratégie d'analyse globale-locale est présenté en utilisant les modèles EF proposés dans cette thèse.

Ce travail de thèse propose aux ingénieurs et analystes une approche numérique pour l'analyse de structures complexes, couplées à une cavité et rayonnant dans un domaine non-borne. La structure est modélisée à l'aide d'une méthode d'éléments finis couplée à une méthode de sous-structuration dynamique afin de réduire le nombre de degrés de liberté. La méthode écrit les déplacements des sous-structures en termes de modes libres et de modes dits d'attachement (flexibilité résiduelle). L'avantage principal de la méthode réside dans le fait que les degrés de liberté aux jonctions sont retires du système final d'équation. Le couplage avec la cavité est modélisé à l'aide d'une approche modale. La méthode proposée pour le calcul des modes couples aboutit à un système final compact et symétrique contrairement au problème initial (formulation en déplacement-pression). L'utilisation de corrections pseudo-statiques à la fois pour la structure et pour la cavité est proposée pour le calcul de la réponse structure-cavité. L'emploi de telles corrections améliore grandement la convergence de la méthode modale sans augmenter de façon sensible les temps de calcul et en conservant la taille du système d'équation. Finalement, le calcul du rayonnement externe est effectue à l'aide d'une approche variationnelle par éléments finis de frontière. La méthode proposée utilise le potentiel de double couche comme inconnue du problème. Afin de réduire les temps de calcul important de la méthode, une approche basée sur la décomposition du noyau de green en termes de fonctions sphériques de Bessel et de polynômes sphériques de Legendre est proposée. La méthode aboutit à des gains de temps importants pour les maillages périodiques.

La première étape de ce travail a consisté à établir, développer et valider un modèle performant pour modéliser les procédés de chauffage par induction, que ce soit en préchauffe ou pour des traitements thermiques. Ce procédé est complexe de par sa nature multi-physique et nécessite le couplage entre des modèles :
- électromagnétique, - thermique, - éventuellement thermo-mécanique.
Le choix du modèle électromagnétique est primordial. De nombreuses approximations basées sur des hypothèses plus ou moins fortes existent.
Nous avons seulement utilisé l'approximation des régimes quasi-permanents. Nous avons vu que cette première approximation, qui revient à négliger le phénomène de propagation des ondes, est valable dans la gamme de fréquences utilisée lors des procédés de chauffage par induction, les plus hautes fréquences étant largement inférieures au mégahertz. La propagation des ondes est alors considérée comme instantanée, ce qui au vu de la taille caractéristique des installations (quelques mètres) par rapport à la célérité de la lumière (3.105 m/s) est tout à fait raisonnable.
En revanche, nous avons choisi d'écarter l'approximation harmonique des champs électromagnétiques. Cette approximation découple les évolutions spatiales et temporelles du champ et revient à calculer une amplitude complexe pour le champ électromagnétique à partir d'une équation stationnaire. L'avantage d'une telle approximation est le gain souvent important en temps de calcul. Seulement, on perd une précision importante sur l'évolution temporelle et sur la déformation des champs électromagnétiques lorsqu'il s'agit d'un matériau ferromagnétique. En effet, les harmoniques secondaires ne sont pas prises en compte. Afin de pouvoir représenter les phénomènes physiques le plus réellement possible, le modèle électromagnétique utilisé est dépendant du temps. Néanmoins, afin de n'être pas trop pénalisant en temps de calcul, des compromis entre la précision des calculs et le temps de calcul nécessaire ont été étudiés. Ils se situent au niveau :
- du nombre de calculs électromagnétiques nécessaires pour bien décrire l'évolution temporelle d'une période électromagnétique, du nombre de périodes électromagnétiques nécessaires pour arriver à une solution stable,
du nombre de calculs électromagnétiques complets nécessaires au cours de l'évolution du champ de température.
Ces points importants, ainsi que des échelles de temps caractéristiques électromagnétiques et thermiques présentant un rapport allant de 10-2 à 10-6 ont nécessité la mise en place d'un couplage faible, basé sur la stabilisation du terme de puissance Joule moyennée sur une période électromagnétique ainsi que sur la stabilisation des paramètres électromagnétiques au cours de la montée en température.
La méthode numérique employée, de type éléments finis, est fiable et robuste. Néanmoins, elle nécessite une bonne compréhension des phénomènes physiques électromagnétiques inhérents au procédé. En effet, modéliser un espace ouvert par une méthode éléments finis nécessite la fermeture du domaine et l'imposition de conditions aux limites artificielles. L'utilisateur doit estimer la taille du domaine étudié qui doit être assez grand pour ne pas venir tronquer les lignes du champ électromagnétique et ainsi les modifier. Son avantage par rapport à une méthode mixte est que la matrice du système est creuse et symétrique. La résolution du problème est facilitée et se prête mieux à des développements en calcul parallèle.
Enfin, une nouvelle stratégie a été développée pour simuler le déplacement de l'inducteur : ses propriétés se déplacent virtuellement dans l'air. Cette méthode a donné de très bons résultats et ne nécessite aucun remaillage.
Les perspectives de recherche sont multiples.
Au niveau des données, le modèle accepte actuellement une tension ou une densité de courant source uniforme dans l'inducteur. Suite à un calcul électromagnétique complet, la répartition de courants est connue dans l'inducteur et permet une évaluation de l'intensité réelle circulant dans les spires. Il serait intéressant de mettre au point un outil de transfert des données électrotechniques vers nos paramètres d'entrées.
Un autre point, plus académique, serait d'effectuer des comparaisons pour des matériaux ferromagnétiques entre un modèle harmonique et le nôtre, dépendant en temps. En effet nous avons vu que ces deux modèles donnent des solutions identiques pour des matériaux amagnétiques. Tout l'intérêt de notre modèle dépendant en temps apparaît par son analyse beaucoup plus riche des matériaux non linéaires. Nous avons vu que le signal périodique peut être grandement déformé et ne ressemble alors plus du tout à une sinusoïde. Néanmoins, il n'est pas forcément évident que la puissance Joule, issue du calcul électromagnétique et obtenue par intégration sur une période électromagnétique, soit très différente de celle obtenue par une analyse harmonique. Cette différence serait très intéressante à quantifier.
Enfin des comparaisons entre les méthodes numériques 'tout' éléments finis et mixtes permettraient de quantifier la précision des méthodes suivant les tailles des éléments finis, les tailles du domaine de fermeture, ainsi que les différences en temps de calculs.
Un autre axe de ce travail a consisté à étudier et à implémenter une stratégie de parallélisation du modèle direct et de la procédure d'optimisation. Nous avons commencé par tester des solveurs itératifs préconditionnés sur nos différents modèles de type parabolique. Ceux ci donnant des résultats satisfaisants par rapport notamment à un solveur direct, nous avons pu nous orienter vers une méthode de parallélisation SPMD de type partitionnement de domaine. Cette méthode, simple et efficace, donne de très bons résultats au niveau du modèle direct, avec une bonne efficacité et une bonne scalabilité.
La parallélisation de l'optimisation montre une efficacité convenable sur deux et quatre processeurs mais qui tend à chuter rapidement avec le nombre de processeurs: la scalabilité est relativement moyenne. Ce problème fait apparaître une thématique de recherche intéressante en calcul parallèle appliqué aux méthodes adjointes: améliorer la scalabilité de l'optimisation parallèle en développant une meilleure stratégie d'accès aux données, en rééquilibrant les données stockées et les données à recalculer.
Enfin les perspectives à plus long terme consisteraient à développer un modèle analogue tridimensionnel.

Les matériaux polymères, en particulier les EAP (Electro Active Polymer), sont de bons candidats pour le développement d'actionneurs de nouvelle génération, en particulier par leurs propriétés mécaniques et électriques. Nous nous sommes intéressés plus particulièrement au cours de cette thèse aux actionneurs polymères à base d'élastomère diélectrique et à leur intégration technologique. Le principe de fonctionnement de ce type d'actionneur est basé sur l'attraction électrostatique entre deux électrodes qui prennent en sandwich l'élastomère qui jouera à la fois le rôle d'entrefer de permittivité relative supérieure à un et de ressort de rappel par ses propriétés élastiques. Les forces d'attraction sont proportionnelles à la constante diélectrique de l'élastomère et inversement proportionnel au module de Young de ce dernier. Notre choix s'est porté sur les polydiméthylesiloxanes (PDMS), matériaux à la fois très souple et pour lesquels une augmentation de la permittivité peut être obtenue par l'addition de nanoparticules. Un procédé original de structuration des couches de " PDMS " sur une plaquette de silicium a été développé. Nous avons formulé ce polymère avec un composant photo-actif pour le rendre photosensible afin de pouvoir l'utiliser à l'image d'une résine lithographique conventionnelle et d'envisager la structuration dans un enchaînement de fabrication compatible avec les technologies microsystèmes. Par ailleurs une caractérisation exhaustive nous a permis de mieux comprendre les mécanismes physico-chimiques impliqués lors des différentes étapes technologiques de réalisation aussi bien pour le matériau seul qu'additionné de nanoparticules de titanate de baryum. Nous nous sommes également attachés à mesurer la permittivité et les coefficients d'élasticité de ces matériaux à la fin du processus de fabrication vérifiant ainsi le maintien des propriétés initiales qui ont présidées au choix de ces matériaux. Des actionneurs miniaturisés constitués d'une électrode inférieure fixe, d'une couche de PDMS structurée et d'une électrode supérieure libre ont ainsi été fabriqués, caractérisés et modélisés par élément finis à l'aide du logiciel Comsol. Nous avons utilisé des modèles hyper élastiques pour les confronter aux résultats obtenus. Il en ressort que si l'utilisation des dépôts de couches métalliques a permis de fabriquer des structures, la déformation maximale de l'actionneur est limitée néanmoins par l'élasticité de l'électrode métallique. Les résultats nous permettent d'envisager, pour les applications à l'optique, la réalisation de structures à focale variable dont deux exemples sont donnés en perspective.

Dans le cadre de la prévention des pathologies osseuses, l'étude présentée a pour but de tester une nouvelle méthodologie d'évaluation du risque fracturaire de l'os spongieux de calcanéum humain. En s'appuyant i) sur des données cliniques (de densité minérale osseuse, de microstructure, DXA, Scanner X, Histomorphométrie) et ii) sur des techniques d'imagerie haute définition (IRM à 78 µm et tomographie à 10 µm), l'objectif est d'estimer les propriétés mécaniques de l'os spongieux (Module d'Young et contrainte maximale de compression). Deux types d'essais mécaniques ont été mis en œuvre : essais de compression sur échantillons cubiques d'os spongieux, essai de micro-flexion sur trabécules osseuses. Différents modèles par éléments finis (MEF) de ces essais ont été construits et permettent de déterminer les propriétés mécaniques du tissu trabéculaire. Le risque fracturaire pourrait être évalué par quantification de la charge de ruine et du degré de déformation de ce tissu. Les résultats de cette méthodologie sont alors confrontés aux méthodes classiques d'évaluation clinique du risque fracturaire.

Le traitement thermique des aciers après chauffage par induction localisé est un procédé aujourd'hui répandu, notamment dans l'industrie automobile. Ce type de procédés a fait ses preuves dans le cadre de pièces massives, mais les distorsions générées sont encore parfois insuffisamment maîtrisées lorsqu'il s'agit de tôles minces. PSA-Peugeot-Citroën s'intéresse alors à l'étude et la compréhension des phénomènes en jeu ainsi qu'à la simulation numérique de tels procédés. C'est alors dans cette démarche et dans le cadre d'un partenariat entre le Cemef et PSA, que s'inscrit ce travail appliqué au traitement thermique d'un renfort de pied central. Un procédé aussi complexe nécessite la compréhension de la thermique, de la mécanique, de la métallurgie, de l'électromagnétisme, ainsi que de leurs interactions mutuelles au chauffage comme au refroidissement. Ce travail se trouve alors au carrefour de plusieurs disciplines comme la thermomécanique et l'électromagnétisme, ainsi que les méthodes numériques et l'étude expérimentale. Il fait suite à divers travaux réalisés au laboratoire concernant la thermique ou la mécanique, ainsi qu'une thèse précédente portant sur la modélisation numérique couplée de la trempe. Il constitue également la première approche 3D des procédés de chauffage par induction et des couplages multi physiques qui en découlent. La présentation de ce travail se décompose en 3 grandes parties. Premièrement, on décrit le contexte industriel, la problématique et l'historique de l'étude du procédé, pour en arriver aux études expérimentales réalisées dans ce travail : une porte sur le procédé industriel et l'autre sur un modèle simplifié que nous avons conçu pour une meilleure compréhension des phénomènes physiques qui génèrent les distorsions. Ces études expérimentales, riches en résultats, soulignent la nécessité d'un outil numérique pour aller encore plus loin dans la compréhension physique du procédé. Nous poursuivons alors sur trois chapitres présentant les modèles numériques par éléments finis, développés et utilisés dans le code de calcul pour simuler les problèmes couplés : thermique / électromagnétisme, mécanique / métallurgie et l'ensemble de la structure couplée. La troisième et dernière partie du rapport traite, d'une part, de la mise en donnée d'un cas semi-industriel ainsi que de la caractérisation des paramètres, et d'autre part, des résultats numériques obtenus et de leur comparaison avec les résultats expérimentaux. Le modèle développé permet d'estimer dans une première approche les distorsions subies par une structure mince lors de son traitement thermique localisé par induction. Le code de calcul actuel forme une base solide pour de futures évolutions permettant de simuler des problèmes industriels complexes.

Cette thèse porte sur le développement d'un traducteur ultrasonore multi-élément capacitif à couplage air (MEACUT) et son utilisation dans le domaine du contrôle non destructif (CND) de matériaux. Un modèle est employé pour simuler numériquement ce traducteur, et pour optimiser sa conception. Un prototype est ensuite fabriqué, puis caractérisé expérimentalement pour quantifier ses performances. Son originalité réside dans le fait qu'il possède une large bande passante en fréquence, tout en offrant la possibilité d'une focalisation variable. Ce prototype est alors employé pour la détection d'un endommagement causé par impact, dans une plaque composite. Il est clairement constaté que la résolution spatiale du procédé d'inspection employé (C-scan) est fortement améliorée grâce aux performances techniques du MEACUT. Enfin, un modèle hybride 3D est développé pour simuler, rapidement et intégralement, ce procédé de CND. Le très bon accord obtenu entre prédictions numériques et mesures expérimentales laisse présager que cet outil de simulation pourra servir à mettre au point d'autres expérimentations de CND, qui pourront à leur tour exploiter les performances du MEACUT
This thesis focuses on the development of a Multi-Element Air-coupled Capacitive Ultrasonic Transducer (MEACUT) and its use in the field of non-destructive testing (NDT) of materials. A numerical model is used to simulate the translator, and to optimize its design. A prototype is then built and experimentally characterized to quantify its performance. Its originality lies in the fact that it has a broad frequency bandwidth while offering the possibility of a dynamic focusing. This prototype is then used for the detection of damage caused by impact, in a composite plate. It is clearly found that the spatial resolution of the inspection process employed (C-scan) is greatly improved thanks to the technical performance MEACUT. Finally, a 3D hybrid model is developed to simulate quickly and fully, the process of NDT. The good agreement obtained between numerical predictions and experimental measurements suggests that this simulation tool can be used to develop other NDT experiments, which may in turn exploit the performance of MEACUT

En région montagneuse, les infrastructures et les voies de communications sont soumises à de nombreux risques naturels dont les phénomènes d'origine gravitaire. Au-delà du danger pour les usagers, les conséquences des interruptions du trafic deviennent problématiques d'un point de vue économique et il devient indispensable de sécuriser les itinéraires. La mise en place d'écrans de filets pare-pierres est une des solutions possibles pour la protection contre les éboulements rocheux. Cette thèse porte sur l'étude des écrans souples ou filets métalliques de protection contre les chutes de blocs et plus précisément sur l'écran développé par l'entreprise GTS. Le filet constitutif de ces écrans se différencie par rapport aux systèmes conventionnels par un comportement orthotrope, dû à un maillage spécifique. Dans cette étude nous caractérisons le comportement de ces écrans de filets sous des chargements statiques et dynamiques de type impact par une approche couplant l'expérimentation et la modélisation numérique. L'étude procède pas à pas, les divers constituants sont évalués de façon quasi-statique, en laboratoire, et également in-situ pour reproduire les conditions réelles d'utilisation, en particulier l'aspect dynamique. Une attention particulière concernant les dissipateurs d'énergie, qui représentent l'élément centrale de ce type de structure, nous a permis de mettre au point un élément fusible robuste et fiable. Une campagne d'essais en grandeur réel sur les écrans de filets étudiés a permis de valider deux classes énergétiques (3000 kJ et 5000 kJ) selon les recommandations européennes. Les données recueillis lors des expérimentations ont permis de calibrer et valider différentes modélisations numériques de type éléments finis et éléments discrets. La pertinence de la modélisation a été évaluée au niveau des différentes échelles étudiées, échelle d'une maille, échelle d'une nappe, échelle du dissipateur d'énergie et échelle de la structure entière. Les performances et les limites des deux approches, MEF (méthode des éléments finis) et MED (méthodes des éléments discrets) ont été évaluées pour ce qui est de nos modélisations.

Les sols à faible portance, posent de réels problèmes pour la construction des ouvrages de génie civil (tassements différentiels importants). Actuellement il existe de nombreuses solutions pour améliorer la qualité de ces sols dont les techniques de renforcement par pieux. Parmi ces méthodes l'une d'elles, en pleine expansion dans certains pays, consiste à ajouter au dessus de réseau de pieux une nappe de renfort géosynthétique. Dans cette technique les charges dues au remblai sont transmises aux pieux soit directement par le sol de remblai par report de charge, soit indirectement par l'intermédiaire de la nappe géosynthétique par effet membrane.

L'objectif de cette étude est d'une part de mieux comprendre le comportement de ces ouvrages pour permettre leur dimensionnement et d'autre part de tester un dispositif expérimental permettant de suivre dans le temps le comportement de l'ouvrage (système de mesures par fibres optiques Géodetect). Pour atteindre cet objectif, un programme de recherche regroupant des expérimentations et des modélisations numériques, a été entrepris en collaboration avec la société Tencate. Des expérimentations en vraie grandeur ont été réalisées à Kuala Lumpur en Malaisie dans des conditions spécifiques pour étudier le comportement en membrane du géosynthétique au-dessus du réseau de pieux et pour appréhender les phénomènes de report de charge.

Une modélisation originale couplant éléments finis et éléments discrets a été développée pour compléter l'étude expérimentale. L'approche continue a permis de modéliser efficacement le comportement en membrane des nappes géosynthétiques. Quant à l'approche discrète, elle a permis d'analyser les mécanismes de transfert de charge dans le remblai. La comparaison et l'analyse des résultats ont permis de mieux comprendre ces mécanismes et de mieux appréhender le dimensionnement de ces ouvrages.

Le présent travail est consacré à la modélisation des machines synchro-reluctantes (MSR) en tenant compte de la saturation et de l'effet croisé. Parmi les méthodes utilisées pour la caractérisation des MSR, la méthode numérique est la mieux adaptée à l'optimisation, mais elle nécessite un grand nombre de calculs, lorsqu'on tient compte de la distribution réelle des ampères-conducteurs et de la géométrie réelle de la machine. Pour réduire le nombre de calculs, tout en préservant la géométrie, nous proposons une distribution équivalente qui à le même fondamental que la distribution réelle. Les résultats obtenus par la distribution équivalente concordent bien avec ceux obtenus par la distribution réelle, ce qui montre que le niveau de saturation est pratiquement imposé par le seul fondamental. Après avoir vérifié cette méthode, nous l'avons appliquée à la modélisation d'une MSR à deux pôles. Ce modèle est ensuite utilisé pour la commande de la machine. Le fait d'imposer au courant sur l'axe direct une valeur constante et élevée, rend l'effet croisé négligeable et permet de contrôler le couple électromagnétique dans cette machine exactement comme dans une machine non saturée

Lors de la fabrication d'une bouteille par injection-soufflage, le conditionnement thermique de la préforme joue un rôle essentiel. Nous proposons une procédure d'optimisation numérique permettant de calculer automatiquement les paramètres de réglage du four infrarouge. Dans un premier temps, l'algorithme d'optimisation de Nelder-Mead est couplé avec des simulations éléments finis de l'étape de soufflage, réalisées avec ABAQUS®. L'objectif est de calculer la distribution de température optimale de la préforme, permettant d'uniformiser l'épaisseur de la bouteille. Dans un second temps, un algorithme de programmation quadratique séquentielle est couplé avec un modèle numérique de chauffage infrarouge 3D développé au laboratoire. Cette méthode permet de calculer les paramètres optimaux pour le réglage du four. Des mesures expérimentales réalisées sur une machine de soufflage semi-industrielle ont permis de valider qualitativement notre approche pour une bouteille de géométrie simple. Les propriétés radiatives du PET sont mesurées par spectrométrie infrarouge. Ces mesures sont exploitées pour calculer l'absorption spectrale du rayonnement. Le modèle de chauffage est validé à l'aide de mesures thermographiques. Un capteur a été développé pour mesurer la résistance thermique de contact entre le polymère et le moule. Le débit d'air injecté dans la préforme a été mesuré, puis appliqué en tant de donnée d'entrée. La pression de soufflage est alors automatiquement calculée à chaque itération par un modèle thermodynamique. Les cinématiques de mise en forme, ainsi que les distributions d'épaisseurs calculées par le modèle sont conformes à celles mesurées sur un pilote de laboratoire.

Malgré des résultats prometteurs, les procédés de mise en forme à grande vitesse sont encore peu utilisés dans l'industrie du fait d'un manque de compréhension du phénomène de Bande de Cisaillement Adiabatique (BCA).Ce travail présente le développement d'outils numériques permettant la simulation adaptative et l'analyse de BCA dans des procédés 3D de mise en forme à grande vitesse. L'utilisation du modèle ALE-adaptatif séquentiel développé dans le logiciel Forge3 permet pour la première fois la simulation automatique de BCA 3D. L'étude des résultats numériques permet de proposer une description innovante du processus de formation de BCA. Les moyens de calcul requis s'avérant très importants, un nouveau code éléments finis hautement parallèle appelé Forge++ est développé. Ce dernier inclut de nouveaux algorithmes tels que le couplage thermomécanique implicite, la méthode de stabilisation RFB et un recouvrement par patch parallèle pour une meilleure simulation de BCA.

Ces travaux de thèse sont consacrés à l’examen du rôle du rayonnement thermique dans le processus de propagation des flammes issues de la combustion des particules d’aluminium dans l’air. Le sujet étant complexe et d’un intérêt industriel, il nécessite de prendre en compte le couplage de nombreux phénomènes physico-chimiques afin de prédire finement les conséquences des explosions de poussières. Une analyse bibliographique approfondie est proposée, concernant les mécanismes d’inflammation et de combustion des particules d’aluminium et aussi concernant les connaissances relatives à la propagation des flammes de poussières. La question spécifique de la nature des échanges thermiques et de l’influence du rayonnement thermique est étudiée. La revue bibliographique souligne les approximations et les hypothèses simplificatrices utilisées dans la littérature permettant donc de définir les pistes d’améliorations. Compte tenu des limitations importantes concernant la physique de ces flammes, un outil de simulation de physique numérique nommé « RADIAN », proche de la simulation numérique directe, a été développé proposant un couplage fin entre les différents modes d’échanges thermiques et la combustion pour modéliser la propagation de la flamme dans un nuage de poussières. La méthode des éléments discrets (MED) est utilisée pour modéliser numériquement les échanges radiatifs entre les particules et les échanges conductifs entre gaz et particules. La méthode des différences finies est utilisée pour modéliser numériquement la conduction thermique dans la phase gazeuse et la combustion. Un modèle radiatif est proposé se basant sur la théorie de Mie sur les interactions rayonnement-particules. Les résultats des simulations sont comparés avec des solutions analytiques et des données expérimentales de la littérature. Mais en plus, une étude expérimentale est aussi conduite afin de mesurer la distribution du flux radiatif devant la flamme et la vitesse de combustion laminaire pour des flammes Méthane-Sic, Méthane-Alumine et Al-air. Un bon accord entre les simulations et les expériences est démontré. La loi de Beer-Lambert relative au transfert radiatif devant le front de flamme s’avère inapplicable et une nouvelle solution analytique est proposée. La présence de particules absorbantes du rayonnement promeut la propagation de la flamme. En particulier, il a été montré expérimentalement et confirmé numériquement que les mélanges riches d’AL-air sont susceptibles d’accélérer rapidement
In this thesis, the role of thermal radiation in aluminum-air flames propagation is studied. The subject being complex and of industrial interest, it requires the coupling of many physiochemical phenomena to accurately predict the consequences of dust explosions. A thorough literature review is proposed about the ignition and the combustion of aluminum particles and about the available theoretical models of dust flames propagation. The specific question of the nature of thermal exchanges and the influence of thermal radiation is studied. The bibliographic review underlines the simplifying assumptions and hypotheses used in the literature making possible the definition of improvement areas. Because of the limited amount of knowledge available to address these questions, a numerical tool “RADIAN” is developed enabling an accurate coupling between the different modes of heat exchange and combustion. The Discrete Element Method (DEM) is used to numerically model the radiative exchanges between particles and the gas-particle thermal conduction. The Finite Difference method is used to numerically model the thermal conduction through the gas phase and combustion. A radiative model based on Mie theory for radiation-particles interactions is incorporated. The results of the simulations are compared with available analytical solutions and experimental data. An original experimental study is also conducted to measure the distribution of irradiance ahead of the flame front and the laminar burning velocity for methane-air-Sic, methane-air-alumina and Al-air flames. A good agreement between numerical simulations and experiments is demonstrated. The Beer-Lambert’s law for radiative transfer in front of the flame front is found to be inapplicable and a new analytical solution is proposed. The presence of absorbing particles may promote the flame propagation. In particular, it is shown experimentally and confirmed theoretically/numerically that Al-air rich mixtures are likely to rapidly accelerate