Дисертації з теми "Changements de trajets de déformation"

Dans les polycristaux, la localisation de la déformation plastique pendant des opérations de mise en forme, est considérée comme le résultat de grandes déformations et ou le résultat de changements de trajets. Un tel mode de déformation hétérogène a pour effet d'augmenter la ductilité du matériau puis de conduire à la rupture. Afin de déterminer, les mécanismes gouvernant la localisation des acier doux polycristallins, deux changements de trajets ont été testés, correspondant à une traction plane suivie par un essai de traction simple parallèle et orthogonal à la première sollicitation. Le phénomène de localisation est analysé à une échelle macroscopique, mesoscopique et microscopique grâce à différentes techniques telles que des textures locales (EBSD) et de la microextensométrie par microgrilles. Les observations sous MEB et les champs locaux de déformation montrent que les macrobandes se propagent par l'activation de deux familles de courtes bandes de glissement. Ces diverses expériences associées à des observations en microscopie électronique en transmission montrent que la localisation est liée à l'anisotropie de la microstructure. A l'opposé, la post bifurcation peut être corrélée à la texture et à l'adoucissement microstructural qui permet de grandes déformation sans augmentation de la densité de dislocation. Une simulation de processus de localisation par éléments finis est alors proposé. Le polycristal est alors décrit par un motif représentatif réel constitué de 114 grains six fois juxtaposés. Une loi découlement viscoplastique et une loi d'écrouissage basée sur une matrice d'écrouissage dont les termes dépendent explicitement de la densité de dislocation de chaque système de glissement sont introduites. Un tel modèle permet de rendre compte de l'anisotropie et de l'évolution de la microstructure mais aussi de permettre de grandes déformations couplées à une densité de dislocation saturée. Le résultat des simulations est une description précise de la localisation dans les grains du polycristal comme une fonction de l'orientation et du taux de prédéformation.

Dans le but d’atteindre une conception intégrée des pièces de structure automobile, une première étape du chaînage numérique est mise en place dans ces travaux de thèse commençant par la mise en forme du matériau et jusqu’à la prédiction de la durée de vie de la pièce formée. L’emboutissage de godet cylindrique est considéré comme une référence capable de retranscrire les trajets complexes de déformation intervenant lors de la fabrication de pièces industrielles. Le matériau sélectionné est un acier dual phase DP600 à haute résistance couramment utilisé pour ce type d’application dans l’industrie automobile. Le comportement de ce matériau est tout d’abord caractérisé pour des trajets de déformation linéaires, non-linéaires et cycliques afin de calibrer une loi de comportement avancée, dédiée à l’emboutissage, et un critère de fatigue. L’emboutissage en une et deux étapes de godets cylindriques est réalisé expérimentalement et analysé en détails grâce aux mesures du champ de déformation et des contraintes résiduelles. Une comparaison de ces différents éléments avec les prédictions numériques permet de mettre en évidence les différents trajets de déformations intervenant lors des deux procédés et d’analyser leurs influences. Numériquement, l’état final et particulièrement les champs de contraintes et de déformations obtenus après emboutissage et retour élastique sont utilisés en entrée de la simulation du chargement en fatigue. Une méthode simplifiée, basée sur l’adaptation de critères uniaxiaux pour des chargements multiaxiaux, est ensuite utilisée pour estimer la durée de vie des godets
In order to reach an integrated design of car body components, a first step towards an end-to-end chain of simulations is established in this thesis beginning with the sheet metal forming process until the service life prediction of the formed part. The deep drawing of cylindrical cup in one or two stages is considered as a reference able to reproduce complex strain paths occurring during the manufacturing of industrial parts. The selected material is a DP600 dual phase steel with high strength and commonly used for this kind of application in the automotive field. The material behavior is firstly characterized for linear, non-linear and cyclic strain paths in order to calibrate an advanced constitutive law dedicated to sheet metal forming and a fatigue criterion. The deep drawing in one and two stages is experimentally performed and analyzed with measures of the strain field and the residual stresses. A comparison of these different elements with numerical predictions is carried out to highlight the occurrence of strain path changes and their influence. Numerically, the final state and particularly the strain and stress fields obtained after deep-drawing and springback are used as inputs in the fatigue loading simulation. A simplified method, based on the adaptation of uniaxial criteria to multiaxial loads, is then used to estimate the service life of cylindrical cups

Ce travail de recherche, qui s'inscrit dans le cadre d'un projet Européen, se propose d'étudier le comportement des tôles métalliques lors des opérations de mise en forme. Les applications visées sont la prédiction, au moyen de la simulation numérique du procédé, des défauts majeurs tels que le retour élastique et la localisation des déformations. A cette fin, une modélisation phénoménologique du comportement a été retenue. Un modèle de comportement élasto-plastique a été considéré, dans lequel deux modèles d'écrouissage sont introduits pour reproduire l'anisotropie induite lors de trajets complexes de chargement. En particulier, le modèle microstructural de Teodosiu-Hu, basé sur l'évolution des structures de dislocations, a été sélectionné afin de bien prendre en compte les phénomènes de transition liés aux changements de trajets de déformation. Ce modèle a été enrichi par la suite, en le couplant au modèle d'endommagement de Lemaitre-Chaboche, afin de reproduire la chute de la contrainte d'écoulement à l'approche de la rupture du matériau. De plus, pour modéliser la limite de ductilité des tôles métalliques, le critère de localisation par bandes de cisaillement de Rice a été introduit, dans le cadre d'une formulation complètement tridimensionnelle en grandes déformations. La modélisation développée tient ainsi compte de nombreux phénomènes tels que l'anisotropie plastique initiale, celle induite par écrouissage, l'adoucissement généré par l'endommagement et enfin la localisation des déformations. Pour permettre l'exploitation de cette modélisation dans le cadre de la simulation numérique des procédés de mise en forme, une implantation numérique robuste et efficace a été réalisée dans un code de calcul par éléments finis. Différents schémas d'intégration ont été testés et comparés afin de retenir le meilleur compromis entre précision et temps de calcul. A des fins de validation, cette modélisation a d'abord été appliquée à la simulation d'essais rhéologiques à trajets directs et séquentiels. En comparaison avec les courbes expérimentales, les prédictions obtenues ont bien montré toute la capacité du modèle élasto-plastique à écrouissage microstructural à reproduire les phénomènes de transition observés sur des trajets séquentiels. Par la suite, l'application de cette modélisation à l'étude du retour élastique a mis en évidence les effets de plusieurs paramètres (rhéologiques, numériques ou liés au procédé). En particulier, il a été montré, à travers une application spécifiquement déterminée, que l'influence d'un modèle d'écrouissage avancé, tel que le modèle microstructural, pouvait se révéler importante dans certaines applications. Enfin, une analyse de la localisation des déformations a été menée en utilisant le critère de Rice conjointement au modèle élasto-plastique couplé à l'endommagement. Cette étude a montré la capacité de cette approche à prédire les courbes limites de formage, ainsi que l'orientation des bandes de localisation, sur des trajets de chargement directs et séquentiels.

Les très bonnes propriétés mécaniques de l'acier TWIP (TWinning Induced Plasticity) Fe-22Mn-0.6C résultent de l'activation du glissement des dislocations et du maclage mécanique. L'augmentation de la fraction de macles avec la déformation conduit à la réduction du libre parcours moyen des dislocations (effet Hall-Petch dynamique). L'objectif de ce travail était de fournir une analyse et une compréhension plus approfondies du comportement mécanique de cet acier pour différents modes de sollicitation. Nous avons étudié le comportement mécanique lors de différents trajets de déformation (traction, cisaillement simple et réversible, changements de trajets) et plus particulièrement l'évolution de l'écrouissage en relation avec les évolutions microstructurales analysées par diffraction de rayons X, MEB FEG EBSD et MET. En combinant les données obtenues par EBSD et par DRX, nous proposons une approche qui permet d’évaluer la fraction de macles. Le croisement des observations mécaniques et microstructurales nous a permis de montrer que les différents stades d’écrouissage sont liés à des caractéristiques particulières de la microstructure et de la texture, l'interaction entre macles et dislocations conduisant à une augmentation de l'écrouissage. Le maintien de l'écrouissage à un niveau élevé est favorisé par l'activation de deux systèmes de maclage et par l'évolution de texture permettant ce mode de déformation au sein du polycristal. Nous avons observé que la manifestation des différents stades d’écrouissage et de l'effet TWIP varie suivant le type de sollicitation. Les essais en cisaillement réversible ont mis en évidence un effet Bauschinger très prononcé relié à l’effet Hall-Petch dynamique. L'empilement des dislocations aux joints de grains et de macles crée des champs de contraintes locaux qui influencent le comportement au trajet retour. Ces résultats expérimentaux nous ont permis de tester les capacités prédictives d'un modèle micromécanique élasto-viscoplastique à transition d'échelles incorporant l'effet TWIP. Les simulations des trajets monotones de déformation sont en bon accord avec les résultats expérimentaux. Pour améliorer les prévisions des essais de cisaillement réversible et de changement de trajet, des perfectionnements sont proposés
The TWIP steel (Twinning Induced Plasticity) Fe-22Mn-0.6C exhibits outstanding mechanical properties combining a good ductility and a high mechanical resistance thanks to the activation of dislocation glide and mechanical twinning. As the volume fraction of twins increases with the deformation, the mean free path of the dislocations is reduced (dynamical Hall-Petch effect). The goal of this study was to supply a much more precise analysis and understanding of the mechanical behavior of this TWIP steel during different mechanical loadings. We studied the mechanical behavior during different mechanical loadings (tension, simple and reverse shear, strain path changes), and more precisely the strain hardening evolution in relation to the microstructure and texture evolutions analyzed by X-ray diffraction, FEG SEM EBSD and TEM. By combining data obtained by EBSD and X-rays diffraction, we propose an approach that allows us to evaluate the twin volume fraction. The examination of the mechanical and microstructural observations allowed us to show that the different stages of hardening are linked to particular characteristics of the microstructure and texture, the interaction between dislocations and twins leading to an increase of the hardening. The hardening is maintained at a high level by the activation of two twin systems and by the texture evolution. The latter sustains this mode of deformation in the polycrystal. We also observed that the occurrence of the different stages of hardening and of the effect TWIP varies according to the type of solicitation imposed. The analysis of the mechanical behavior during reverse shear tests showed that the steel exhibits a strong Bauschinger effect related to the dynamic Hall-Petch effect. The dislocation piles-up at grain and twin boundaries create local stress fields that influence the mechanical behavior during the reverse deformation. Finally, these experimental results allowed us to check the predictive capacities (mechanical behavior, twin kinetics, texture) of an elasto-viscoplastic micromechanical model incorporating the TWIP effect. The simulations of monotonous deformation are in good agreement with experimental results. To improve prediction of the reverse shear tests and strain path changes, additional developments are suggested

Les normales climatiques sont habituellement calculées comme des moyennes sur une période observée de 30 ans. Dans un contexte de changement climatique, ces normales, même ré- évaluées régulièrement, sont "en retard" sur le climat présent. Le premier objectif de ce travail de thèse est d'estimer des normales climatiques non-stationnaires, dans le but de disposer d'une référence non-biaisée pour le climat présent. Une bonne propriété pour de telles normales, considérées au pas de temps quotidien, est de présenter une certaine régularité, à la fois en terme de cycle annuel et vis-à-vis du changement climatique. Pour cette raison, l'estimation de ces normales sera basée sur des techniques de lissage spline telles que proposées dans Azaïs et Ribes (2016). La modélisation proposée, inspirée d'une hypothèse de "pattern scaling", permettra l'étude de la dérive saisonnière due au changement climatique. Au-delà de la seule valeur moyenne (normale), le climat - considéré à un site et à une date donnés - se caractérise par une distribution de valeurs possibles. Un prolongement naturel de l'estimation de normales consiste à estimer l'ensemble de cette distribution, avec une contrainte de régularité sur la forme de celle-ci. Il s'agit alors de proposer une forme de régression quantile régularisée. On obtient ainsi, pour un paramètre donné, une description fine du climat en un site donné, et de son cycle annuel. Ces deux aspects, nous amènent à ré-examiner la théorie des RKHS (Espace de Hilbert à noyau reproduisant) ainsi que celle de la régression quantile. La complexité des modèles considérés, autant dans le cas des normales que des distributions, fait l'objet d'un examen minutieux.?Enfin, nous proposons d'utiliser ces résultats pour revisiter et améliorer la description des changements climatiques passés et futurs, par exemple via l'utilisation d'analogues climatiques
Climate normals are usually calculated as averages over a 30-year observational period. In the context of a changing climate, these normals, even re-evaluated frequently, are "lagging behind" the current climate. The primary objective of this thesis is the estimation of non- stationary normals, in order to acquire an unbiased reference of the present climate. A good property for such normals, which are considered at the daily timescale, is to possess a certain regularity, both on the seasonal component and the secular change. For this reason, normal estimation shall be based on smoothing spline techniques such as proposed by Azaïs et Ribes (2016). The proposed modeling, inspired by a "pattern scaling" assumption, enables the study of the seasonal drift due to climate change. Beyond the mean value (normals), climate considered at a given date and location can be characterized by its distribution of possible values. A natural extension of normal estimation, would be to estimate the entire distribution with regularity constraints on its shape. We thus propose to address this question in a regularized quantile regression framework. In that respect and for a given climate variable, we obtain a detailed description of climate, at a given localization, and of its annual cycle. Both of these aspects lead to a re-examination of the RKHS (Reproducing Kernel Hilbert Space) and quantile regression theories. The complexity of the considered models is equally considered for normals and distribution and is meticulously examined. Lastly, we propose to exploit the preceding results to revisit and improve the description of future and past changes in climate, for example via the use of climate analogues

Les progrés en télédétection permettent désormais une mesure dense et précise des déplacements de la surface terrestre à partir de l'analyse fine d'images satellitaires acquises à différentes dates. Ces méthodes permettent de détecter et de quantifier par exemple la déformation co-sismique du sol, l'avancée ou le recul de glacier, la migration de dunes, ou les glissements de terrain, survenus entre les dates d'acquisition des images. Au cours de cette thèse nous étudions 1) l'extension des méthodes de traitement d'images satellitaires aux images aériennes et 2) l'applicabilitée des méthodes satellitaires terrestres en planétologie, en particulier pour l'étude des processus éoliens sur mars. L'imagerie aérienne, dont les premières acquisitions datent d'avant l'ère satellitaire et offrant de meilleures résolutions spatiales, constitue une source d'images intéressante pour le suivi des processus de surface terrestre. Nous proposons une méthode de traitement d'images aériennes, basée sur les méthodes satellitaires et prenant en compte les spécificités des images aériennes d'archive acquises sur film notamment. Le potentiel (e. G. , mesure de déplacement de quelques centimètres, revisite d'évènements passés, extension de séries temporelles) et limites (e. G. , déformation du film, défauts de numérisation) de ce type d'imagerie sont caractérisés. La méthode est appliquée à la mesure de l'ouverture du rift de Krafla en Icelande (1975-1984) à partir de deux série d'images aériennes (1957, 1990), d'une image espion déclassifiée et d'une image satellitaire. En seconde partie, nous appliquons ces techniques sur mars via l'analyse d'une paire d'images HIRISE pour le suivi d'activité d'un champ de dunes. Après adaptation des méthodes terrestres au capteur HiRISE (e. G. , géométrie de l'instrument, projection cartographique martienne), nous mesurons la migration des rides de sable couvrant les dunes et estimons un flux de sable associé, qui s'avère être d'intensité comparable à celui de certains champs de dunes terrestres. L'analyse est étendue à une série temporelle de 10 images HiRISE, permettant ainsi de caractériser la variation saisonnière du flux au cours d'une année martienne. Cette variation saisonnière est ensuite utilisée conjointement avec une prédiction de flux issue d'une simulation atmosphérique pour calibrer la contrainte en cisaillement du sable sur mars
The analysis of satellites imagery acquired at different dates allows the measurement of Earth surface displacement (earthquake ground deformation, glacier advance and retreat, sand dunes migration, slow-moving landslide,. . . ) that occured between the images acquisitions. In this thesis we investigate 1) the extension of the processing techniques established for satellite imagery to aerial imagery, and 2) the applicability of Earth-based technique to monitor eolian surface processes on Mars. Aerial imagery, whose first acquisition dates back decades before the satellite era, and whose ground resolution is higher than satellite one, can be relevant to monitor Earth surface displacement. We present a methodological extension of the satellite technique to aerial imagery. Potential and limitations are investigated. Application to the Krafla rift opening in Iceland (1975-1984), using aerial imagery, declassied spy imagery, and modern satellite imagery is presented. Next, we applied the method to Mars imagery taking advantage of the high resolution HiRISE instrument. A pair of HiRISE images is processed to monitor the activitys of a dune field. We measured sand ripple migration and inferred a sand flux comparable to some the Earth dune fields sand flux. We then expand our processing to a time-series of 10 HiRISE images, and characterized the seasonal variability of the sand flux throughout the year. This seasonal sand flux variability is used jointly with a sand flux prediction from atmospheric simulations to constrain the sand mobility threshold

On présentera des techniques de mise en correspondance de divers types d'objets. On s'intéressera dans un premier temps à la mise en correspondance géodésique d'objets qui consiste, par le biais de l'action d'un groupe de déformation sur un ensemble d'objets, à définir une distance géodésique sur la variété riemannienne formée par l'ensemble en question, qui soit invariante par l'action de groupe considérée. Dans un premier temps, on s'intéressera à la mise en correspondance d'images sur lesquelles agissent des difféomorphismes. On en déduira un algorithme que l'on perfectionnera par une stratégie multi échelle. On adaptera cette technique de mise en correspondance géodésique à des objets tels que des points ou des vecteurs grâce à une modélisation de la déformation à base de splines. Enfin, on présentera des techniques de mise en correspondance d'ensembles de primitives avec appariement des primitives une à une.

La compréhension du comportement des matériaux minces sous différentes sollicitations est un enjeu en matière de sécurité. Les modèles de comportement mécanique et de rupture ont évolué pour prendre en compte l’état de contrainte et la vitesse de déformation qui peuvent avoir une influence majeure sur la réponse du matériau. L’identification de ces modèles passe par la caractérisation expérimentale du matériau. Les essais mécaniques représentent donc toujours une étape indispensable au développement des outils numériques. L’objectif de ces travaux est donc de contribuer à l’apport de techniques expérimentales de caractérisation des matériaux. L’ensemble des travaux est illustré par l’étude de deux matériaux : un alliage d’aluminium AA- 2024-T3 et un acier dual phase DP450. L’effet de la vitesse de déformation sur le comportement en traction équi-biaxiale, ainsi que la déformation à rupture en traction équi-biaxiale et en traction en déformation plane sont étudiés. Pour cela, le dépouillement de l’essai de gonflement hydraulique (bulge test) est amélioré et un nouveau dispositif est utilisé pour atteindre des vitesses de déformation intermédiaires de 100 s-1. L’essai de poinçonnement hémisphérique et un nouvel essai de poinçonnement pour la traction en déformation plane sont effectués jusqu’à des vitesses de déformation intermédiaires. L’effet du trajet de chargement sur la déformation à rupture est également étudié. Une méthode de traction uni-axiale sur éprouvettes de grandes dimensions est développée pour appliquer un premier chargement. Ensuite un second chargement en traction équi-biaxiale ou en traction en déformation plane est appliqué jusqu’à rupture
The understanding of thin materials behavior under various stress state is a current issue for security matters. Constitutive models and failure models evolved to take into account stress state and strain rate effect on material behavior. Experimental characterization of materials is necessary to identify models. Mechanical tests are mandatory for the development of numerical tools. The aim of this thesis is the development of experimental techniques for material characterization. This work is performed on two materials, a AA-2024-T3 aluminum alloy and DP450 dual phase steel. Strain rate effect on the equi-biaxial tension behavior and the failure, and on the plane strain tension failure is studied. For this purpose, we improved the analysis of bulge test and a new device is proposed ion order to attain strain rates up to 100 s-1. Hemispheric punch test and a new punch test dedicated to plane strain tension are proposed at high strain rates. Effect of loading path on failure strain is also studied. A new device for uniaxial tension on large specimens is use to apply the first load, a second loading under equi-biaxial tension or plane strain tension is then applied up to failure

Les bassins d'avant-pays alpins constituent des domaines où il est possible de caractériser et de quantifier les relations entre la tectonique et la sédimentation. . Nous avons ciblé notre étude sur les bassins marins paléogènes d'Annot, Barrême et Saint--Antonin dans le domaine externe des Alpes méridionales. Les nouvelles études biostratigraphiques montrent un diachronisme insoupçonné entre le système d'Annot/Saint-Antonin et le bassin de Barrême, et des taux de sédimentation contrastés dans le temps et dans l'espace. L'analyse verticale de faciès aboutit à proposer un découpage en cortèges sédimentaires. Nous observons des évolutions semblables et synchrones de l'enregistrement des séquences de dépôts, entre les bassins d'Annot et Saint-Antonin, et entre les différents systèmes deltaïques de Barrême. L'intégration des données biostratigraphiques nous permet de corréler le découpage séquentiel entre les bassins, mais également avec les standards chronostratigraphiques. L'histoire marine des bassins paléogènes de l'arc de Castellane est compatible avec la superséquence TA4. Cependant la déformation active dans les bassins d'avant-pays, tout d'abord liée à la subsidence tectonique du foredeep puis à la surrection, conduit à une modulation de l'enregistrement eustatique. La subsidence tectonique amplifie les remontées et atténue les chutes eustatiques. Ce processus est diachrone et d'intensité variable. La surrection, également diachrone, entraîne une baisse progressive de l'espace disponible et génère un régime de régression forcée. Là où la déformation plicative est marquée (à Saint-Antonin et à Barrême), la superposition des oscillations du niveau marin génère des éventails synsédimentaires. Une approche pluridisciplinaire nous a permis d'apprécier les interférences localisées entre les mécanismes structuraux, sédimentaires et eustatiques, entraînant ainsi des architectures variées du remplissage sédimentaire des bassins d'avant-pays paléogène des Alpes-méridionales

La thèse de doctorat analyse l'étude des facteurs d'influence qui, par de grandes variations de température, mettent souvent en danger les structures routières, surtout celles avec des couches bitumineuses, en vue de déterminer les propriétés thermo-physiques (conductivité thermique, chaleur spécifique, diffusivité thermique, effusivité thermique et émissivité) et de concevoir et réaliser des couches d'asphalte avec des caractéristiques thermo-physiques et physico-mécaniques supérieures.Pratiquement, les études mises en évidence dans la thèse sont axées principalement sur la détermination des caractéristiques thermiques des enrobés bitumineux, des caractéristiques qui visent à lutter contre les facteurs d'influence résultant des conditions environnementales auxquelles les structures routières sont soumises constamment dans les étapes de construction, réparation, et au cours de leur durée de service. Grâce à la connaissance de la distribution de température dans chaque couche bitumineuse composant de la structure routière, les sollicitations qui apparaissent dues aux variations de température peuvent être contrôlées. Les fluctuations quotidiennes et saisonnières de la température de l'air, l'intensité de la radiation solaire, les matériaux qui composent les couches de la structure routière par leur géométrie et les conditions de surface sont quelques uns des facteurs les plus importants qui mettent en danger de manière significative la stabilité de la structure de la route.Des contributions positives ont été apportées quant à l'amélioration des caractéristiques thermiques par la conception et la mise en oeuvre des enrobés bitumineux dans la composition desquels on a utilisé, en plus de matériaux de base, des cendres volantes en remplaçant partiellement ou totalement le filler. Cela aide à obtenir de meilleures propriétés thermo-physiques qui ont un effet favorable sur les caractéristiques physiques et mécaniques.A base des résultats expérimentaux, on a formulé des conclusions intéressantes et en même temps extrêmement précieuses pour le domaine des infrastructures routières, qui ont ouvert sur une gamme de possibilités pour de nouvelles recherches dans ce domaine
The doctoral thesis analyses certain factors of influence that, through large temperature variations, frequently have a negative impact upon road pavements, especially the bituminous layers, with a view to determine the thermal-physical properties (thermal conductivity, specific heat, diffusive thermal, thermal effusion and emissivity) and to design and realize asphalt layers with better thermo-physical, and physical and mechanical characteristics.Practically, the studies highlighted in the thesis focus mostly on determining the thermal characteristics of asphalt mixtures, characteristics which help to combat the influence factors resulting from environmental conditions to which road structures are subject continuously road in the construction and repair stages, as well as during their service life. Due to being aware of temperature distribution in each bituminous layer of the road structure, the stresses occurring from variations of temperature can be controlled. The daily and seasonal fluctuations of air temperature, the intensity of solar radiation, the materials that make up the road structure layers by their geometry and surface conditions are some of the most important factors that significantly endanger the stability of the road structure.Positive contributions have been made on improving the thermal characteristics through designing and realizing asphalt mixtures in the composition of which, in addition to basic materials, flying ash was used as partial or total replacement for filler. This helps to obtain higher thermo-physical properties that have a favorable effect on physical and mechanical characteristics.Based on experimental results, some interesting and in the same time extremely valuable conclusions have been formulated opening a range of opportunities for further research in the field of road infrastructures

Le système de failles de Haiyuan qui borde le plateau du Tibet au Nord-Est est un système majeur sénestre. Au cours du dernier siècle, deux grands séismes (M∼8) ont rompu ce système de failles : le séisme de Haiyuan en 1920 et le séisme de Gulang en 1927. A l'aide d'interférométrie radar à synthèse d'ouverture, nous analysons les variations spatiales et temporelles de la déformation intersismique au travers de la faille de Haiyuan, dans une zone étendue (150×150 km2) qui couvre l'extrémité Ouest de la rupture de 1920 et la lacune sismique de "Tianzhu". Avec une approche dite en "Small Baseline", nous traitons cinq séries temporelles d'images SAR, acquises par le satellite Envisat le long de tracks descendantes et ascen- dantes pendant la période allant de 2003 à 2009. Les cartes de vitesse moyenne de dé- formation dans la ligne de visée du satellite ainsi obtenues sont cohérentes avec un mou- vement sénestre au travers de la faille et montrent des variations latérales du gradient de vitesse dans la zone de faille. Nous inversons ces cartes de vitesse moyenne en LOS pour obtenir le taux de chargement à court terme en profondeur et la distribution du glissement dans la partie sismogène le long du plan de faille. Le taux de chargement en profondeur est d'environ 5 mm.an−1. Les sections de faille ayant rompu en 1920 et une grande partie de la lacune sismique de "Tianzhu" sont bloquées en surface. Entre ces deux sections, un segment de 35 km de long, qui montre une forte activité micro-sismique, glisse de manière asismique avec un taux de glissement horizontal qui atteint presque 5 mm.an−1. Cependant, le taux de glissement asismique le long de la partie sismogène varie le long du plan de faille et atteint localement des taux supérieurs au chargement tectonique, suggérant des variations temporelles du glissement asismique. La comparaison de profils moyens de vitesse parallèle à la faille issus de données InSAR sur les périodes 1993-1998 (données ERS) et 2003-2009 suggèrent une migration vers la surface du glissement asis- mique sur une période de 20 ans. Une analyse en séries temporelles des données Envisat, en appliquant un lissage temporel, montrent une accélération du taux de glissement asismique pendant l'année 2007. Cette accélération est précédée et a probablement été déclenchée par un séisme de magnitude 4.7 au sein même du glissement asismique. Enfin, nous étudions la relation entre l'évolution spatio-temporelle du glissement asismique en surface et la rugosité de la trace de la faille à l'aide d'une analyse multi- échelle. Nous montrons que les propriétés élastiques de la croûte cassante contrôlent la rugosité de la faille, qui exerce à son tour un contrôle sur la distribution de glissement asismique en surface. Le glissement asismique est fait de spasmes qui interagissent les uns avec les autres en suivant une loi d'échelle similaire à la loi de Gutenberg-Richter pour les séismes.

L'introduction est essentiellement consacrée à l'historique des travaux géologiques faits sur le Primaire du massif des Rehamna et sur les interprétations proposées pour expliquer la structure de sa partie septentrionale (région de Mechra ben Abbou). La première partie est relative à la stratigraphie des terrains impliqués dans l' orogenèse hercynienne et des molasses post-orogéniques, l'accent étant mis sur l'évolution paléogéographique des bassins. Le Cambrien, l'Ordovicien et le Silurien sont caractérisés par un régime de plate-forme peu profonde. A partir du Dévonien inférieur, la géométrie des bassins commence à se dessiner: un haut-fond (ou terre émergée) subméridien, placé au niveau de l'actuel axe d'Imfout va guider la sédimentation et l'évolution des bassins successifs pendant tout le Dévonien et le Carbonifère inférieur. Cette paléogéographie est analogue à celle de la Méséta nord-occidentale qui constitue le prolongement septentrional de la zone étudiée. Les conglomérats de Mechra ben Abbou, produit de démentelement de la chaine hercynienne, ainsi que les produits volcaniques associés se sont déposés dans des bassins intramontagneux contrôlés par des failles d'abord E-W puis N30°. La deuxième partie est consacrée à l'étude des déformations synsédimentaires qui ont accompagné l'ouverture des bassins glissements intraformationnels synchrones de la sédimentation dans les bassins dévonien inférieur et viséen supérieur ; olistolites et olistostromes essentiellement dans le bassin dévonien inférieur; nappes gravitaires (ou klippes sédimentaires) sur la bordure occidentale du bassin viséen supérieur et failles synsédimentaires actives pendant l'ouverture des différents bassins du Dévonien au Carbonifère. La troisième partie est consacrée à l'étude du magmatisme préorogénique viséen. Sur la base des analyses pétrographiques et chimiques des éléments majeurs, nous retiendrons qu'il s'agit d'un magmatisme tholéiitique associé à l'ouverture d'un bassin arrière arc. Ce résultat est en accord avec les études faites par d'autres auteurs sur le magmatisme dinantien des Jebilet centrales et de la Méséta nord-occidentale qui appartiennent paléogéographiquement au même ensemble. La quatrième partie est axée sur l'étude tectonique ; Trois épisodes de déformation sont mis en évidence : 1 - déformation précoce caractérisée d'abord par un plissement P0 très modéré suivi d'une phase d'érosion et de la mise en place, en partie gravitaire, de l'unité allochtone de la Gada Jennabia ; 2 - déformation majeure d'intensité variable selon les zones : elle est maximale dans des couloirs répartis en deux directions N-S à N30° et N70°, sans doute héritées des zones d'anisotropie du socle sous-jacent, où se produisent successivement deux phases de plissement Pl et P2 suivies de cisaillement cassant à composante décrochante dextre. Dans des couloirs plus larges, la déformation majeure est moins intense ; les seuls plis P1 qui y sont représentés sont en échelon ; leur obliquité sur les couloirs indique encore une tendance décrochante dextre 3 - tectonique tangentielle tardi-hercynienne : d'abord une première phase qui se manifeste par des chevauchements du SE vers le NW dans certains couloirs de cisaillement ; il semble y avoir un passage du décrochement au chevauchement. Certains contacts tangentiels précoces sont également réactivés. Lors de la seconde phase, les déplacements sont du N vers le S. Cette seconde phase est peut-être synchrone de la déformation des molasses post-orogéniques. Les déformations post-orogéniques qui affectent les premiers dépôts congloméra tiques et volcaniques (formation 1) ainsi que leur substratum paléozoïque se manifestent par un plissement N60° à N80° suivi d'écaillage à vergence N à NNW puis de fracturation N30° et N80° ; les conglomérats et le matériel volcanique de la formation 2 qui reposent en discordance angulaire sur les premiers sont flexurés par un rejeu tardif des failles N30°. Dans la conclusion générale un essai de synthèse de l'évolution sédimentaire et tectonique dans l'ensemble du tronçon hercynien du Moyen Maroc a été proposé : la migration de la déformation paroxysmale de l'Est (Midelt) où elle est d'âge dévonien supérieur à l'Ouest (Méséta occidentale) où elle est d'âge post-namurien permet de placer la partie interne de la chaîne vers l'Est. Un modèle géodynamique déduit des résultats géochimiques des roches magmatiques dinantiennes envisage une suture probable vers l'Est du Maroc avec plongement d'une plaque océanique vers l'Ouest, sous la Méséta occidentale. Cette suture marocaine hypothétique pourrait constituer un prolongement vers le Sud de la suture méridionale de la chaîne hercynienne de l'Europe.

Les volcans boucliers basaltiques se déforment sous leur propre poids, tout particulièrement en période d'éruption. A Hawaii, cette déformation co-éruptive est en majeure partie expliquée par un plan de décollement à la base des édifices, dont le glissement serait associé à la force de poussée des intrusions dans les " rift zones " (i.e. concentration de dykes subverticaux dans les zones de faiblesse de l'édifice). Cependant, cette explication n'est pas valable pour beaucoup d'autres volcans basaltiques, où l'existence d'un décollement est peu probable. Nous avons profité de l'incision intense du Piton des Neiges (La Réunion) par l'érosion pour observer la structure interne d'un volcan basaltique, et comprendre, par le terrain et la modélisation numérique, comment la déformation d'un tel édifice s'articule avec son activité magmatique. Notre étude structurale révèle que trois populations d'intrusions perpendiculaires (deux subverticales et une subhorizontale) coexistent, et que les principales zones de faiblesses sont des " sill zones " (i.e. concentrations d'intrusions subhorizontales), Parallèlement, notre étude des déformations, essentiellement cassantes, révèle que deux extensions perpendiculaires dominent dans l'édifice, avec l'apparition de régimes localement décrochants et même compressifs à proximité des sill zones. Les directions de déformations et les directions d'intrusions sont compatibles et coïncident aussi avec la direction d'écoulement des grandes avalanches de débris qui ont affectée le Piton des Neiges au cours de son histoire. A partir de ces données de terrain, nous proposons un modèle de déformation du Piton des Neiges où les intrusions dans l'édifice génèrent des cycles de permutations de contraintes. Le stade ultime de chaque cycle serait la mise en place de sills en régime compressif. En testant numériquement l'effet de telles injections sur la déformation d'un édifice, nous montrons que les sills peuvent être un facteur majeur d'instabilité, capable de conduire à des déstabilisations de flanc telles que les avalanches observées. Notre modèle conceptuel, déduit du terrain et quantifié par la modélisation, constitue ainsi une alternative au modèle de déformation hawaiien, applicable sur des édifices tels que le Piton de la Fournaise (La Réunion), Tenerife (Canaries) et Fernandina (Galapagos). Notre étude démontre enfin l'intérêt essentiel d'étudier les systèmes anciens pour mieux comprendre les volcans actifs.

La découpe virtuelle d'objets déformables est au coeur de nombreuses applications pour la simulation interactive. Nous présentons un nouvel algorithme de remaillage permettant la simulation de découpes avec la méthode des éléments finis. Nous avons combiné notre algorithme avec la méthode du «snapping» déplaçant les noeuds la surface de coupe, pour des tétradres linéaires. Notre approche permet de maîtriser le nombre de noeuds et de la qualité numérique du maillage durant les coupes. Elle donne des résultats similaires pour les fonctions de forme quadratiques. Dans ce cadre, nous avons évalué le «snapping» pour simuler la fracture de surfaces triangulées. Nous avons appliqué nos résultats en 3D pour l'assistance aux gestes chirurgicaux, en étant les premiers présenter des résultats sur la détection de déchirures dans un flux vidéo monoculaire. La robustesse de notre algorithme et l'augmentation des structures internes des organes
Virtual cutting of deformable objects is at the core of many applications in interactive simulation for computational medicine. We present a new remeshing algorithm simulating cuts based on the finite element method. For tetrahedral elements with linear shape tunctions, we combined our algorithm with the movement of the nodes on the cutting surface, called snapping. Our approach shows benefits when evaluating the impact of cuts on the number of nodes and the numerical quality of the mesh. The remeshing algorithm yields similar results for quadratic elements. However, the snapping of nodes entails higher challenges and has been evaluated on triangular elements, simulating fractures. For augmented reality applications, we are the first to present results on the detection of fractures, tearing and cutting from a monocular video stream. Examples in different contexts show the robustness of our algorithm and the augmentation of internai organ structures highlights the clinical interest

L'éruption d'avril 2007 du Piton de la Fournaise (Île de la Réunion, Océan Indien) a été marquée par les plus gros volumes de lave émis de ces deux derniers siècles, ainsi que par l'effondrement du cratère sommital (le Dolomieu) sur plus de 300 mètres de haut. Des données d'interférométrie radar (InSAR) montrent que les déplacements associés à cette éruption sont inhabituels pour deux raisons : (1) ils ont affecté l'ensemble de l'enclos Fouqué durant l'éruption, (2) deux motifs de déformation ont persisté plus d'un an après la fin de l'éruption. Le premier résulte d'une subsidence centripète du cône central et le second d'un glissement vers l'est du flanc est du volcan. Une méthode, appelée tomographie de déplacements, a été développée pour modéliser les déplacements, basée sur une discrétisation du sous-sol en sources unitaires, et sur la minimisation de deux fonctions coût. Elle permet de trouver une répartition compacte des variations de volume des sources unitaires permettant de reproduire au mieux les déplacements observés. En parallèle, la procédure NA-MBEM, une méthode de modélisation basée sur la combinaison d'un modèle numérique (MBEM) et d'une inversion de type Monte Carlo (NA), a été modifiée pour diminuer le temps de calcul nécessaire à l'obtention d'un bon modèle, et nous montrons que l'utilisation de données temporellement interpolées permet d'améliorer les résultats d'inversion. L'application des deux méthodes de modélisation aux données de déplacements de l'éruption d'avril 2007, montre que durant la période post-éruptive, la subsidence du cône central est provoquée par une source localisée de manière superficielle sous le cône central. Cette source est interprétée comme un système hydrothermal en déflation, dont le drainage aurait été amorcé par l'effondrement du Dolomieu. Les déplacements du flanc est seraient dus à deux sources différentes, toutes les deux superficielles et parallèles à la topographie. L'une est interprétée comme un réservoir temporaire en cours de vidange durant la fin de l' éruption, et l'autre comme un niveau de glissement sur lequel glisserait le flanc est. Enfin, nous proposons un modèle préliminaire des déplacements ayant eu lieu durant l'éruption, ainsi qu'un scénario de la succession de tous les événements à l'origine des déformations enregistrées entre le 30 mars 2007 et juin 2008.

Compréhension et quantification du phénomène de l'électrofiltration dans les roches, signaux précurseurs de la rupture, applications aux zones volcaniques et aux zones de subduction - Conversions sismo-électromagnétiques.

Mes thèmes de recherche concernent donc principalement les effets électriques liés aux circulations d'eau dans les roches. Les signaux électriques induits par les circulations d'eau sont appelés effets d'électrofiltration ou électrocinétiques et sont dus à la présence d'ions dans l'eau pouvant créer un courant électrique. Ce courant électrique engendre lui-même un champ magnétique. Ces effets reflètent principalement l'interaction électrique entre la roche et l'eau (appelée double- ou triple-couche électrique). En présence d'eau, des réactions chimiques et physiques se produisent à l'interface entre la roche et l'eau, dont il résulte un excédent d'ions négatifs liés à la roche, et par suite, un excédent d'ions positifs sur une couche de faible épaisseur au voisinage de l'interface, le reste du fluide restant neutre [voir Fig. B1 de Guichet et al., GJI, 2006]. Lorsque le fluide est en mouvement, ces ions positifs sont entraînés et engendrent ainsi un courant électrique, dit courant électrique de convection. Ce courant est contre-balancé par un courant de conduction (loi d'Ohm), et il en résulte une différence de potentiel électrique, on parle de potentiel d'électrofiltration ou potentiel électrocinétique.
La différence de potentiel électrique ainsi générée est proportionnelle au gradient de pression d'eau, ce qui en fait une méthode de choix pour la détection des circulations d'eau en subsurface. Les mesures en laboratoire sont effectuées de l'échelle centimétrique à l'échelle métrique et sont nécessaires pour contraindre les modèles de calcul des champs électriques et magnétiques induits par les circulations de fluides dans la croûte. Il est à noter que sur le terrain, les Potentiels Spontanés (PS), c'est-à-dire les potentiels électriques mesurés passivement entre deux électrodes, dont les mesures se sont largement développées ces dix dernières années, peuvent être induits par une circulation d'eau (soumise à une force liée à un gradient de pression), mais aussi par un flux de chaleur (soumis à une force liée à un gradient de température), ou encore par un gradient de concentration chimique. Ceci peut se voir dans les relations des flux couplés [Onsager, 1931 ; Sill, 1983] où chaque flux Ji (flux électrique, flux hydrique, flux de chaleur, flux de matière) est lié aux forces Xj (gradient de potentiel électrique, de pression hydrique, de température, de concentration) à travers les coefficients de couplage Lij. Pour ma part, j'ai concentré mes recherches sur une meilleure quantification du champ électrique lié aux circulations d'eau dans les roches. Le coefficient de couplage électrocinétique ou d'électrofiltration, , peut-être mesuré en laboratoire. Il est à noter que le coefficient d'électrofiltration ne dépend pas en principe de propriétés telles que porosité ou perméabilité, ce qui amène le gradient de pression hydrique à jouer le premier rôle dans la génération des potentiels d'électrofiltration [pour plus de détails on peut consulter le paragraphe " Electrokinetic Phenomena " de Jouniaux and Pozzi, JGR, 1997, et l'appendice B de Guichet et al., GJI, 2006].
Cette thématique de recherche a donc un intérêt potentiel, et déjà en partie éprouvé, pour la détection à distance et la caractérisation des fluides dans le sous-sol. La communauté scientifique essaie de développer son potentiel en tant qu'outil d'imagerie, d'une part dans le domaine des ressources en eau : profondeur de nappe aquifère, suivi de transferts hydrauliques, caractérisation des flux contaminés, et d'autre part dans le domaine de la géophysique des réservoirs : détection d'hydrocarbones grâce aux conversions sismo-électromagnétiques.

La géophysique, au sens de la physique d'objets et processus géologiques, est une formidable source de problèmes complexes, au sens de la physique de la matière complexe. Par exemple, des problèmes essentiels ont trait à la mécanique des failles, les avalanches, chargées de fluides ou non, de matière en grain ou plus pâteuse, les phases dynamiques de la sédimentation et les instabilités pendant celle-ci, la fracturation, sèche ou déclenchée par le transport des fluides parcourant les pores de la roche ou du sol, la liquéfaction durant les tremblements de terre, les écoulements d'une ou plusieurs phases fluides non miscibles dans des roches poreuses de géométrie irrégulière, la morphogénèse durant l'évolution des roches sédimentaires où évoluent composition chimique et équilibre mécanique entre les composants des roches, l'évolution dynamique de colloïdes aux interactions variables, les échanges de chaleur dans des écoulements chenalisés, l'évolution de la température et son effet sur la mécanique du système en évolution... . Ces systèmes présentent des interactions qui relèvent de la physique et la mécanique classique, mais avec la présence d'un désordre dans la structure, ou des non-linéarités dans les interactions fondamentales, qui peuvent générer à grande échelle un comportement complexe : notamment, ils peuvent fonctionner sur des échelles de temps et d'espace très étendus, avec coexistence de phases rapides et de phases extrêmement lente, ou avec des déformations diffuses alternant avec des fonctionnements où la déformation est très localisée. L'aspect polyphasique ou polydisperse de ces systèmes peut générer une telle complexité, sans que celle-ci reflète nécessairement la multiplicité des échelles déjà présentes dans la composition du système : dans des systèmes au fonctionnement critique, ou au voisinage de transitions de phases dites du second ordre, de nombreux systèmes dynamiques sont connus pour faire émerger, à partir de désordre présent à petite échelle et d'interaction simples, des organisations à grande échelle du processus en jeu. On aborde dans ce mémoire des modèles analytiques, numériques et des expériences ayant trait à la mécanique de tels systèmes naturels : écoulements mono- ou multiphasiques en milieux poreux ou fracturés, déformables ou non, fractures, avalanches, fonctionnement mécanique des failles, déformation lente des roches avec couplage entre chimie et mécanique.

Une nouvelle interprétation structurale du synclinal de Permo-Carbonifère de Salvan-Dorénaz (massif des Aiguilles Rouges) révèle le rôle prépondérant joué par la déformation alpine dans le plissement du synclinal. L' évolution géologique comprend les stades suivants: a) Dès le Stéphanien A et jusqu'à une date incertaine (Stéphanien supérieur, Autunien (?)), des sédiments détritiques continentaux se déposent dans un fossé intramontagneux subsident orienté NNE - SSW. Des niveaux de coloration lie de vin définissent de longs cônes alluvionnaires imbriqués dans une série gréso-pélitique sombre contenant des horizons charbonneux et deux minces bancs de calcaires lacustres. b) De faibles déformations affectent le bassin alluvionnaire durant la phase "saaliennne- (permien); elles correspondent au réajustement d'un ensemble sédimentaire relativement plastique à des déformations cassantes du socle cristallin anté-stéphanien. L'arrêt de ces mouvements durant le Permien supérieur est suivi d'une pénéplanation du massif. Les couches du Permo-Carbonifère sont recoupées, avec une faible discordance angulaire, par les dépôts transgressifs du Trias supérieur. c) Les déformations alpines débutent durant l'Eocène supérieur; une première phase enregistre la formation des écailles parautochtones et le chevauchement de la nappe de Morcles. Le départ des écailles parautochtones semble lié à une déformation précoce du contact socle-couverture. d) Lors d'une deuxième phase, le socle pré-triasique du massif des Aiguilles Rouges se déforme à grande échelle et le Permo-Carbonifère, plus ductile, se plisse violemment (formation du synclinal de SaIvanDorénaz). Pour deux raisons, (a) la poursuite du mouvement de chevauchement Vers le NW de la nappe de Morcles, (b) les disharmonies qui apparaissent dans le Trias autochtone, le plissement du PermoCarbonifère n'affecte que faiblement le plan de chevauchement de la nappe de Morcles. Le degré du métamorphisme régional se situe à la limite anchizone-épizone.