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The PhD thesis "Exploratory studies dedicated to computer-assisted corrosion diagnosis of civil engineering structures" deals with the phenomenology and modeling of corrosion of structural steel. The safety, societal and environmental impact of aging infrastructures makes this theme a major economic issue for the development of any country. The proposed developments focus mainly on the corrosion of reinforcements in reinforced concrete. The corrosion of buried metallic structures is also addressed concerning the problems related to galvanic couplings induced by the heterogeneity of soils and stray currents. The usual methods of investigation (measurements of steel potential, concrete resistivity or polarization resistance), combined with empirical hypotheses established by experience, lead to interpretations that are often uncertain or have only a qualitative value. The ambition of this thesis, motivated by the issues at stake, is to show how a better understanding of the physics of corrosion, combined with the power of finite element calculation, allows the construction of elaborate and robust models, useful for a quantified and reliable diagnosis and/or prognosis. The thesis is abundantly illustrated by real or numerical case studies and supported by original laboratory tests. In order to improve the understanding of the phenomena prevailing in the corrosion process, the key concepts of thermodynamics and electrochemical kinetics are recalled and contextualized. The assembly of different physical, chemical and electrochemical laws allows the elaboration of an advanced modeling approach, integrating in particular the diffusion of oxygen to the reinforcement in an unsaturated context, but also the production and precipitation of corrosion products and their influence on the dynamic equilibrium of a corrosion system. This modeling approach, necessarily three-dimensional or at least two-dimensional, gives rise to a transcription in a finite element calculation code. It is first applied to the numerical study of a first typical case of corrosion: a reinforced concrete pile partially submerged in the sea. The influence of the role of oxygen (availability and diffusion) on the dissolution kinetics of the steel and on the nature of the corrosion products formed is studied in particular. In order to illustrate the effective contribution of 3D modeling in the process of corrosion diagnosis, a real case study is proposed concerning a buried steel structure, in this case sheet piles used to support the abutments of a freeway overpass, located near a pipe buried under cathodic protection. Measurements carried out in-situ but also in the laboratory from judiciously chosen samples are used to feed the calculation model. The numerical model thus constructed, qualified as a digital twin, makes it possible to highlight the existence of stray currents circulating in the structure, but also the risk of galvanic corrosion induced by the heterogeneity of the soil. The electrochemical digital twin is then a powerful tool for estimating the kinetics and the corrosion facies of the structure and making a prognosis in terms of service life. Within a concrete structure, the presence of chlorides is associated with various effects, notably associated with the local electric field. If this phenomenon is ignored, the interpretation of field data, for example potential maps, can lead to a biased diagnosis. This thesis addresses the question of corrosion initiation.[...]; La thèse "Études exploratoires dédiées au diagnostic de corrosion assisté par ordinateur des structures de génie civil" traite de la phénoménologie et de la modélisation de la corrosion de l'acier de construction. Le poids sécuritaire, sociétal, environnemental du vieillissement des infrastructures fait de ce thème un enjeu économique majeur de développement de tout pays. Les développements proposés portent principalement sur la corrosion des armatures dans le béton armé. La corrosion des structures métalliques enterrées est également adressée concernant les problématiques relatives aux couplages galvaniques induits par l'hétérogénéité des sols et aux courants vagabonds. Les méthodes d'investigation usuelles (mesures de potentiel des aciers, de résistivité du béton ou de résistance de polarisation), jointes à des hypothèses empiriques consacrées par l'usage, conduisent à des interprétations souvent incertaines ou n'ayant qu'une valeur qualitative. L'ambition de cette thèse, motivée par les enjeux évoqués, est de montrer comment une meilleure compréhension de la physique de la corrosion, conjuguée à la puissance du calcul aux éléments finis, permet de construire des modèles élaborés et robustes, utiles pour poser un diagnostic et/ou un pronostic quantifié et fiable. La thèse est abondamment illustrée par des études de cas réels ou numériques et étayée par des essais originaux conduits en laboratoire. Afin d'améliorer la compréhension des phénomènes prévalant dans le processus de corrosion, les concepts-clés de thermodynamique et de cinétique électrochimique sont rappelés et contextualisés. L'assemblage de différentes lois physiques, chimiques et électrochimiques permet d'élaborer une approche de modélisation avancée, intégrant notamment la diffusion du dioxygène jusqu'aux armatures en contexte insaturé, mais aussi la production et la précipitation des produits de la corrosion et leur influence sur l'équilibre dynamique d'un système de corrosion. Cette approche de modélisation, nécessairement tridimensionnelle ou a minima bidimensionnelle, donne lieu à une transcription dans un code de calcul par éléments finis. Elle est appliquée dans un premier temps à l'étude numérique d'un premier cas typique de corrosion : pile en béton armé partiellement immergée en mer. L'influence du rôle du dioxygène (disponibilité et diffusion) sur la cinétique de dissolution de l'acier et sur la nature des produits de corrosion formés est notamment étudiée. Afin d'illustrer l'apport effectif de la modélisation 3D dans le processus de diagnostic de la corrosion, une étude de cas réelle est proposée concernant un ouvrage métallique enterré, en l'occurrence des palplanches servant au soutènement des culées d'un passage supérieur d'autoroute, situées à proximité d'une conduite enterrée sous protection cathodique. Des mesures effectuées in-situ mais aussi en laboratoire à partir d'échantillons judicieusement choisis, permettent d'alimenter le modèle de calcul. Le modèle numérique ainsi construit, qualifié de jumeau numérique, permet de mettre en évidence l'existence de courants vagabonds circulant dans la structure, mais également le risque de corrosion galvanique induit par l'hétérogénéité du sol. Le jumeau numérique électrochimique constitue alors un outil puissant pour estimer la cinétique et le faciès de corrosion de l'ouvrage et poser un pronostic en termes de durée de vie. [...]

The goal of this PhD work is to develop a numerical modeling approach of the compaction of powders composed of crushable particles in the framework of the Contact Dynamics method in view of application to the manufacture process of nuclear fuel. The particles are modeled as cohesive aggregates of potential fragments (cells) of irregular polyhedral shape. Using this Bonded Cell Method, we performed a parametric investigation of the strength of particles with respect to the geometrical and mechanical model parameters. Our results reveal two regimes and a power-law scaling of the compressive strength as a function of the ratio between tangential adherence and normal adhesion between cells. We optimized the model parameters for the uniaxial compression of packings of a large number of crushable particles. The simulations allow us to identify the mechanisms of compaction and fracture of particles, and to characterize the evolution of texture and the sizes and shapes of fragments. Our simulation results clearly show that the compaction process is strongly nonlinear as a consequence of the evolution of particle size distribution, which controls the texture and stress transmission. We also perform a systematic analysis of the effect of size polydispersity in the case of spherical particles.; L’objectif des travaux présentés dans ce mémoire de thèse est de développer une modélisation numérique de la compaction des poudres composées de particules sécables dans le cadre de la méthode de Dynamique des Contacts en vue d’application au procédé de fabrication du combustible nucléaire. Les particules sont modélisées comme des agrégats cohésifs de fragments potentiels (cellules) de formes polyédriques irréguliers. A l’aide de ce modèle de cellules liées (Bonded Cell Method), nous avons réalisé une étude paramétrique de la résistance des particules par rapport aux paramètres géométriques et mécaniques du modèle. Nos résultats révèlent deux régimes et une mise à l’échelle en loi de puissance de la résistance à la compression en fonction de l’adhésion normale et du rapport entre l’adhérence tangentielle et l’adhésion normale entre cellules. Nous avons optimisé les paramètres du modèle pour la compaction uni-axiale des assemblages d’un grand nombre de particules sécables. Les simulations ont permis d’identifier les mécanismes de compaction et de rupture des particules, et de caractériser l’évolution de la texture et des tailles et formes des fragments. Les résultats obtenus montrent clairement que le processus de compaction est fortement non-linéaire en raison notamment de l’évolution de l’étalement granulométrique qui contrôle la texture et la transmission des contraintes. Enfin, nous avons mené une étude systématique de l’effet de la polydispersité de taille dans le cas de particules sphériques.

The goal of this PhD work is to develop a numerical modeling approach of the compaction of powders composed of crushable particles in the framework of the Contact Dynamics method in view of application to the manufacture process of nuclear fuel. The particles are modeled as cohesive aggregates of potential fragments (cells) of irregular polyhedral shape. Using this Bonded Cell Method, we performed a parametric investigation of the strength of particles with respect to the geometrical and mechanical model parameters. Our results reveal two regimes and a power-law scaling of the compressive strength as a function of the ratio between tangential adherence and normal adhesion between cells. We optimized the model parameters for the uniaxial compression of packings of a large number of crushable particles. The simulations allow us to identify the mechanisms of compaction and fracture of particles, and to characterize the evolution of texture and the sizes and shapes of fragments. Our simulation results clearly show that the compaction process is strongly nonlinear as a consequence of the evolution of particle size distribution, which controls the texture and stress transmission. We also perform a systematic analysis of the effect of size polydispersity in the case of spherical particles.; L’objectif des travaux présentés dans ce mémoire de thèse est de développer une modélisation numérique de la compaction des poudres composées de particules sécables dans le cadre de la méthode de Dynamique des Contacts en vue d’application au procédé de fabrication du combustible nucléaire. Les particules sont modélisées comme des agrégats cohésifs de fragments potentiels (cellules) de formes polyédriques irréguliers. A l’aide de ce modèle de cellules liées (Bonded Cell Method), nous avons réalisé une étude paramétrique de la résistance des particules par rapport aux paramètres géométriques et mécaniques du modèle. Nos résultats révèlent deux régimes et une mise à l’échelle en loi de puissance de la résistance à la compression en fonction de l’adhésion normale et du rapport entre l’adhérence tangentielle et l’adhésion normale entre cellules. Nous avons optimisé les paramètres du modèle pour la compaction uni-axiale des assemblages d’un grand nombre de particules sécables. Les simulations ont permis d’identifier les mécanismes de compaction et de rupture des particules, et de caractériser l’évolution de la texture et des tailles et formes des fragments. Les résultats obtenus montrent clairement que le processus de compaction est fortement non-linéaire en raison notamment de l’évolution de l’étalement granulométrique qui contrôle la texture et la transmission des contraintes. Enfin, nous avons mené une étude systématique de l’effet de la polydispersité de taille dans le cas de particules sphériques.

Colloque avec actes et comité de lecture. Internationale.; International audience; Afin de simuler numériquement le procédé d'injection, il est nécessaire de prendre en compte la phase de refroidissement et de solidification du matériau. Dans le cas d'un polymère semi-cristallin comme le polypropylène, l'existence d'un couplage fort entre les transferts thermiques, la cristallisation, la compressibilité ainsi que l'évolution des caractéristiques thermophysiques du matériau accroissent la complexité des calculs. Dans cette étude, après une détermination expérimentale des propriétés thermophysiques du matériau, une modélisation du refroidissement isochore d'un polymère tenant compte du comportement pression-volume-température (PVT) est présentée. Le modèle introduit un couplage entre tous ces phénomènes et permet de calculer l'évolution de la pression, de la température, de la cristallinité relative et du volume spécifique local dans la cavité du moule à partir d'une pression initiale élevée jusqu'à la pression atmosphérique et le début du retrait

Les micro-organismes présents dans des milieux fortement pollués notamment par des métaux, sont capables de développer des systèmes de résistance variés. A partir de prélèvements environnementaux nous avons isolé des souches bactériennes accumulatrices d'arsenic et de mercure, métaux dont la toxicité est aiguë et pour lesquels les systèmes de biodépollution sont peu développés. Après mise au point d'un protocole d'isolement et la détermination des seuils de résistance, une première étape de culture des échantillons en présence de 5 mM d'As2O5, ou de 10 mM de Na2HAsO4 ou de 10 µM de HgCl2 a permis d'isoler environ 200 souches résistantes à ces métaux. Une seconde étape de détermination des niveaux de résistances à ces toxiques a été réalisée en milieu liquide ou gélosé, pauvre ou riche. Nous avons ainsi sélectionné plus de vingt souches présentant de fortes capacités de résistance à l'arsenic et au mercure, pouvant aller jusqu'à 10 mM d'As2O5, 250 mM de Na2HAsO4 et 0,12 mM de HgCl2. Certaines souches présentent une double résistance à ces deux métaux. Au sein de ces souches d'intérêt, identifiées par galerie API et/ou séquençage de l'ADNr 16s, des bactéries accumulatrices ont été recherchées par dosage de l'arsenic et du mercure total en spectrographie d'émission à plasma couplée à un spectromètre de masse (ICP-MS) dans les surnageants de culture et les culots bactériens. Des observations en microscopie électronique à transmission pourront confirmer ces accumulations par la présence de granules métalliques intracellulaires. Des observations de la répartition des éléments au niveau intracellulaire par imagerie en spectrométrie de masse avec ions secondaires (Nano-SIMS 50) sont en cours et permettront de confirmer la présence de granules d'arsenic et de mercure. Parallèlement, des essais de conservation des souches sélectionnées ont été réalisées par lyophilisation, sporulation et immobilisation en billes d'alginate, en vue d'une utilisation en biodépollution.

National audience

L'objectif de cette recherche est de caractériser l'incision du lit du fleuve Loire dans le substratum tertiaire dans la plaine du Forez. Il s'agit d'apporter des éléments de compréhension de l'interaction entre le transport solide de surface et le mécanisme d'érosion du substratum et de préciser leur rôle dans l'équilibre morphologique du profil en long actuel du fleuve.

*INRA Station d'Hydrobiologie, laboratoire Nutrition des poissons;St Pée sur Nivelle (FRA) Diffusion du document : INRA Station d'Hydrobiologie, laboratoire Nutrition des poissons;St Pée sur Nivelle (FRA) Diplôme : DUT

Introduction : Le traumatisme médullaire entraine une perte de fonction des membres inférieurs et augmente la sollicitation des membres supérieurs, ce qui peut entrainer des douleurs, notamment au niveau des épaules. Les conséquences peuvent être une baisse de l’activité et de la qualité de vie, ainsi qu’un vieillissement précoce. L’activité physique permet entre autre de diminuer les douleurs dans cette population. Un entrainement physique ciblé pourrait permettre de diminuer les douleurs d’épaules. Objectifs : Établir une revue quantitative et systématique de la littérature quant aux effets de l’activité physique sur les douleurs d'épaule chez les traumatisés médullaires. Méthodologie : La recherche s’est effectuée à l’aide de bases de données en fonction des thèmes entre janvier et novembre 2010. Le tri s’est fait avec des critères d’inclusion et d’exclusion et avec une grille de lecture. Résultats : Quatre études interventionnelles ont été retenues. Trois études ont retrouvé des résultats significatifs sur la diminution des douleurs d’épaule au pré-post test. Une étude a mis en évidence des interactions significativement meilleures de groupe et de temps pour les douleurs et la satisfaction des sujets. Conclusion : L’activité physique aurait un effet positif dans la diminution et la prévention des douleurs d’épaule chronique chez les traumatisés médullaires. Elle améliorerait aussi la satisfaction des sujets. Néanmoins, le petit nombre d’études et leur qualité méthodologique moyenne ne nous permettent pas actuellement d’établir des conclusions formelles mais nous permettent de souligner des résultats encourageants.