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Human health and physiology relie both on human cells activity and on intestinal microbiota activity, as well as on their interactions. In Mammals, the intestinal epithelium is very densely folded, and the smallest fold is called the intestinal crypt. It is also the simplest unit of the host-microbiota crosstalk. The size of a crypt, which is made of approximately 700 cells, and the detailed knowledge that we have of its functionning are amenable to build a detailed mathematical model. We constructed an individual-based model of epithelial cells interacting with chemicals produced by the microbiota which diffuse in the crypt lumen. This model is formalised as a piecewise determinist Markov process. It accounts for: local interactions due to cell contact (among which are mechanical interactions); cell proliferation, differenciation and extrusion which are regulated spatially or by chemicals concentrations; chemicals diffusing and reacting with cells. We demonstrate the convergence of the stochastic individual-based model to a deterministic model under the assumption of large population. A second limit model is obtained formally when the size of cells goes to 0. We aim at obtaining deterministic limit model because they can be simulated much faster, and can be used to improve understanding of the stochastic model or can be coupled with a model of the whole colon. The three models are implemented, convergence of models is shown numerically, and simulations of the individual-based model are analysed to show that qualitative behaviour of the crypt is reproduced., La physiologie et la santé de l'Homme dépendent des activités des cellules humaines, mais aussi de celle du microbiote intestinal, et de leurs interactions. Chez les Mammifères, l'épithélium intestinal est structuré en un nombre extrêmement élevé d'invaginations appelées cryptes. La crypte intestinale est l'unité la plus simple du dialogue hôte-microbiote. Les dimensions de la crypte (quelques centaines de cellules) et les nombreuses connaissances accumulées sur son fonctionnement incitent à en faire une modélisation détaillée. Nous avons construit un modèle individu-centré des cellules épithéliales interagissant avec des espèces chimiques issues de l'activité du microbiote, sous la forme d'un processus markovien déterministe par morceaux. Ce modèle prend en compte: les interactions liées au contact entre cellules voisines (mécaniques notamment) ; la prolifération, la différenciation et la mort cellulaire régulées spatialement ou par les concentrations des espèces chimiques; des espèces chimiques diffusant dans la lumière de la crypte et réagissant avec les cellules. La convergence du modèle individu-centré stochastique vers un modèle déterministe sous l'hypothèse d'une grande population est démontrée. Un second modèle limite est dérivé formellement lorsque la taille des cellules épithéliales tend vers 0. Ces modèles alternatifs permettent de réaliser des simulations beaucoup plus rapides, afin d'éclairer le fonctionnement du modèle individu-centré ou de le coupler à un modèle du côlon complet. Ces trois modèles sont implémentés, la convergence des modèles est illustrée numériquement, et les simulations du modèle individu-centré sont analysées et montrent que l'on reproduit qualitativement le fonctionnement de la crypte intestinale.

Human health and physiology relie both on human cells activity and on intestinal microbiota activity, as well as on their interactions. In Mammals, the intestinal epithelium is very densely folded, and the smallest fold is called the intestinal crypt. It is also the simplest unit of the host-microbiota crosstalk. The size of a crypt, which is made of approximately 700 cells, and the detailed knowledge that we have of its functionning are amenable to build a detailed mathematical model. We constructed an individual-based model of epithelial cells interacting with chemicals produced by the microbiota which diffuse in the crypt lumen. This model is formalised as a piecewise determinist Markov process. It accounts for: local interactions due to cell contact (among which are mechanical interactions); cell proliferation, differenciation and extrusion which are regulated spatially or by chemicals concentrations; chemicals diffusing and reacting with cells. We demonstrate the convergence of the stochastic individual-based model to a deterministic model under the assumption of large population. A second limit model is obtained formally when the size of cells goes to 0. We aim at obtaining deterministic limit model because they can be simulated much faster, and can be used to improve understanding of the stochastic model or can be coupled with a model of the whole colon. The three models are implemented, convergence of models is shown numerically, and simulations of the individual-based model are analysed to show that qualitative behaviour of the crypt is reproduced.; La physiologie et la santé de l'Homme dépendent des activités des cellules humaines, mais aussi de celle du microbiote intestinal, et de leurs interactions. Chez les Mammifères, l'épithélium intestinal est structuré en un nombre extrêmement élevé d'invaginations appelées cryptes. La crypte intestinale est l'unité la plus simple du dialogue hôte-microbiote. Les dimensions de la crypte (quelques centaines de cellules) et les nombreuses connaissances accumulées sur son fonctionnement incitent à en faire une modélisation détaillée. Nous avons construit un modèle individu-centré des cellules épithéliales interagissant avec des espèces chimiques issues de l'activité du microbiote, sous la forme d'un processus markovien déterministe par morceaux. Ce modèle prend en compte: les interactions liées au contact entre cellules voisines (mécaniques notamment) ; la prolifération, la différenciation et la mort cellulaire régulées spatialement ou par les concentrations des espèces chimiques; des espèces chimiques diffusant dans la lumière de la crypte et réagissant avec les cellules. La convergence du modèle individu-centré stochastique vers un modèle déterministe sous l'hypothèse d'une grande population est démontrée. Un second modèle limite est dérivé formellement lorsque la taille des cellules épithéliales tend vers 0. Ces modèles alternatifs permettent de réaliser des simulations beaucoup plus rapides, afin d'éclairer le fonctionnement du modèle individu-centré ou de le coupler à un modèle du côlon complet. Ces trois modèles sont implémentés, la convergence des modèles est illustrée numériquement, et les simulations du modèle individu-centré sont analysées et montrent que l'on reproduit qualitativement le fonctionnement de la crypte intestinale.

International audience; The design of multi-scale structures relies on numerous experimental modelling combined to complex predictive modelling providing knowledge about relevant parameters at the structure scale. The addition of knowledge leads to a decrease of the uncertainty on the characterization of relevant parameters at the structure scale and affects significantly the cost of modelling. The present work proposes the development of a design support methodology allowing the choice between several predictive and experimental models combinations with different compromise between the cost of modelling and the accuracy of the modelling. The work was based on a pyramidal presentation of experimental and predictive modelling and consider random and epistemic uncertainties related to materials, models and geometrical tolerances. An adaptive method based on fuzzy logics was proposed for the assessment of the cost of modelling. The choice of relevant modelling required the solving of a multi objective problem defined to minimize the uncertainties on the relevant parameters at the scale of the structure and on the cost of modelling. The genetic algorithm « NSGA-II » was used to identify robust optimised modelling paths. This methodology was applied to a thick composite vessel dedicated to hydrogen storage.; La conception des structures multi-échelle s’appuie sur des campagnes expérimentales importantes et des modélisations prédictives complexes intégrant des connaissances sur des paramètres d’intérêt à l’échelle de la structure. L’intégration de connaissances diminue l’incertitude sur les paramètres d’intérêt à l’échelle de la structure et impacte de façon significative le coût de modélisation des structures multi-échelle. Ce travail propose le développement d’une méthodologie d’aide à la conception délivrant des associations de modèles prédictifs et expérimentaux présentant divers compromis entre le coût de modélisation et la précision sur les paramètres d’intérêt. Le travail s’est appuyé sur une représentation pyramidale des modélisations expérimentales et prédictives et sur la prise en compte des incertitudes épistémique et aléatoire liées aux matériaux, aux modèles ainsi qu’aux tolérances géométriques. Une méthode adaptative d’estimation du coût de modélisation, basée sur la logique floue, a été proposée. Le problème multi objectif visant à minimiser les incertitudes sur les paramètres d’intérêt à l’échelle de la structure et le coût de modélisation a été résolu au moyen d’un algorithme « NSGA-II » permettant l’identification de chemins optimisés robustes. Les travaux ont été appliqués au cas d’un réservoir composite épais destiné au stockage d’hydrogène.

Composite materials are widely used for the manufacturing of parts and structures with high mechanical performances. ln order to develop new composite materials, the use of modelling and simulation has become essential. The behaviors of the composite constituents as well as overall material in the initial state and over time should be accurately described. ln this study, the raie of interphases on macroscopic mechanical properties (mainly in the elastic domain) has been highlighted. A plug-in developed in this work, to generate automatically the geometry of UD composite microstructures integrating or not the interphase was made. Reliable models are obtained thanks to the fact that the majority of input data are based on experimental values acquired at different scales. Finally, this study shows the need to take into account the interphase in numerical simulations to improve predictions of calculations.; Les matériaux composites sont largement utilisés pour la réalisation de pièces et de structures à haute performance mécanique. Pour développer de nouveaux composites, le recourt à la simulation numérique est de plus en plus fréquent. Il convient de pouvoir décrire avec une assez bonne précision les comportements des constituants et du matériau global à l'état initial et au cours du temps. Dans cette étude, le rôle des interphases sur les propriétés mécaniques à l'échelle macroscopique (principalement dans le domaine élastique) a été mis en évidence. A partir d'un plug-in développé dans ce travail, la génération automatiquement de microstructures de composite UD intégrant ou pas l’interphase a été faite. Pour fiabiliser les modèles, la majorité des données d'entrée reposent sur des valeurs expérimentales acquises à différentes échelles. Au final, cette étude montre la nécessité de prendre en compte l'interphase dans les simulations numériques pour améliorer les prédictions des calculs.

Composite materials are widely used for the manufacturing of parts and structures with high mechanical performances. ln order to develop new composite materials, the use of modelling and simulation has become essential. The behaviors of the composite constituents as well as overall material in the initial state and over time should be accurately described. ln this study, the raie of interphases on macroscopic mechanical properties (mainly in the elastic domain) has been highlighted. A plug-in developed in this work, to generate automatically the geometry of UD composite microstructures integrating or not the interphase was made. Reliable models are obtained thanks to the fact that the majority of input data are based on experimental values acquired at different scales. Finally, this study shows the need to take into account the interphase in numerical simulations to improve predictions of calculations., Les matériaux composites sont largement utilisés pour la réalisation de pièces et de structures à haute performance mécanique. Pour développer de nouveaux composites, le recourt à la simulation numérique est de plus en plus fréquent. Il convient de pouvoir décrire avec une assez bonne précision les comportements des constituants et du matériau global à l'état initial et au cours du temps. Dans cette étude, le rôle des interphases sur les propriétés mécaniques à l'échelle macroscopique (principalement dans le domaine élastique) a été mis en évidence. A partir d'un plug-in développé dans ce travail, la génération automatiquement de microstructures de composite UD intégrant ou pas l’interphase a été faite. Pour fiabiliser les modèles, la majorité des données d'entrée reposent sur des valeurs expérimentales acquises à différentes échelles. Au final, cette étude montre la nécessité de prendre en compte l'interphase dans les simulations numériques pour améliorer les prédictions des calculs.

We present the advantages of a multiscale modelling strategy for the understanding of systems with charged interfaces. On the one hand, one can simulate a complex system at different levels, depending on the relevant length and time scales for a given physical chemistry problem. On the other hand, one should make the link between the various levels of description, e.g. following a bottom-up approach. We illustrate here the case of charged porous materials, in particular clay minerals, by discussing physical chemistry issues that arise in the context of geological disposal of nuclear wastes and CO2 sequestration., in French

Based on proton conduction of polymeric electrolyte membrane (PEM) technology, the water electrolysis (PEMWE) offers an interesting solution for efficiency hydrogen production. During the electrolysis process of water in PEMWE, the anodic side is the place where the water is splitting into oxygen, protons and electrons. The aim of this study is to recognize the link between two-phase flows (anode side) and cell performance under low pressure conditions. We have developed three approaches: the analytical approach and the numerical approach validated by the experimental data. For the numerical model, we have developed a two-dimensional stationary PEMWE model that takes into account electro-chemical reaction, mass transfer (bubbly flow), heat transfer and charges balance through the Membrane Electrodes Assembly (MEA). In order to take into account the changing electrical behavior, our model combines two scales of descriptions: at microscale within anodic active layer and MEA scale. The water management at both scales is strongly linked to the slug flow regime or the bubbly flow regime. Therefore, water content close to active surface areas depends on two-phase flow regimes. Our simulation results demonstrate that the transition from bubble to slug flow in the channel is associated with improvement in mass transport, a reduction of the ohmic resistance and an enhancement of the PEMWE efficiency. Regarding the analytical model, we have developed a one-dimensional stationary isothermal PEMWE model that takes into account electro-chemical reaction, mass transfer and charges balance through the Membrane Electrodes Assembly (MEA). The analytical approach permit to obtain mathematical solution of the activation overpotential, the ohmic losses and the bubbles overpotential respectively for the low current density, the middle current density and the high current density. This approach quantify the total overpotential of the cell, function of the operational and intrinsic numbers. In terms of perspective, the analytical model could be used for the diagnostic of the electrolyzer PEM.; Les électrolyseurs à membrane échangeuse de protons basse pression (E-PEMs) apparaissent comme une solution efficace et durable pour la production d’hydrogène. Cette technologie pourrait permettre de pallier l’intermittence des énergies renouvelables (notamment solaire et éolien) en convertissant l’énergie électrique produite en énergie chimique (hydrogène). Durant ces travaux de thèse, trois aspects ont été développés : une approche analytique, une approche numérique, ainsi que approche expérimentale. Ces trois approches ont permis de comprendre l’influence du mélange bi-phasique eau/oxygène à l’anode du système sur les performances électrochimiques des E-PEMS ainsi que déterminer les paramètres opérationnels et intrinsèques qui impactent les performances des E-PEMs. À propos de l'approche expérimentale, des mesures d'impédance électrochimique ainsi que des courbes de polarisation ont été réalisées sur deux différentes cellules d'électrolyseurs de type PEM basse pression (la cellule ITW power de l'Electrochimical innovation Lab (UCL) et la cellule réversible Q-URFC du Laboratoire d'Énergétique, d'Électronique et Procédés (LE2P). À propos de la modélisation numérique, Le modèle expérimentale conjugue une approche multi-échelle macroscopique 2D et mésoscopique 1D. Ce modèle prend en compte le transfert de matière, le transfert de chaleur, les réactions électrochimiques anodique et cathodique et le transfert de charges présents dans le cœur des E-PEMs. D’un point de vue mésoscopique, une attention particulière a été portée sur l’influence des régimes bi-phasiques anodiques (régime de bulles coalescées (BC régime) et régime de bulles non coalescées (NCB régime) sur le transfert de matière à l’anode et sur l’humidification de la membrane. Ces travaux démontrent et confirment l’hypothèse que la transition du NCB régime vers le CB régime augmente le transfert de matière anodique, diminue la résistance ohmique de la membrane et améliore l’efficacité des E-PEMs. À propos de la modèle analytique, l’étude analytique explore une approche adimensionnelle de l'assemblage membrane électrode (AME) en régime stationnaire et isotherme. À l’échelle locale, en 1D, les équations prises en compte sont la conservation du courant dans l’AME, les réactions électrochimiques au sein des couches actives et le transfert de matière à travers la membrane. La résolution a permis d’obtenir des expressions analytiques des surtensions aux électrodes, de la chute ohmique et de la teneur en eau dans la membrane. L’approche adimensionnelle a permis de quantifier analytiquement les sources d’irréversibilités (chute ohmique, surtensions d’activations anodique et cathodique, et de la surtension induite par le bouchonnement des canaux anodiques) respectivement pour les faibles densités de courant, les moyennes densités de courant et les hautes densités de courant. En outre, ce modèle analytique peut être implémenté dans une boucle de contrôle commande. Ces travaux de thèse proposent une contribution à la compréhension du fonctionnement des E-PEMs basse pression en général, et en particulier de l'impact des régimes bi-phasiques sur leurs performances électro-chimiques.

Based on proton conduction of polymeric electrolyte membrane (PEM) technology, the water electrolysis (PEMWE) offers an interesting solution for efficiency hydrogen production. During the electrolysis process of water in PEMWE, the anodic side is the place where the water is splitting into oxygen, protons and electrons. The aim of this study is to recognize the link between two-phase flows (anode side) and cell performance under low pressure conditions. We have developed three approaches: the analytical approach and the numerical approach validated by the experimental data. For the numerical model, we have developed a two-dimensional stationary PEMWE model that takes into account electro-chemical reaction, mass transfer (bubbly flow), heat transfer and charges balance through the Membrane Electrodes Assembly (MEA). In order to take into account the changing electrical behavior, our model combines two scales of descriptions: at microscale within anodic active layer and MEA scale. The water management at both scales is strongly linked to the slug flow regime or the bubbly flow regime. Therefore, water content close to active surface areas depends on two-phase flow regimes. Our simulation results demonstrate that the transition from bubble to slug flow in the channel is associated with improvement in mass transport, a reduction of the ohmic resistance and an enhancement of the PEMWE efficiency. Regarding the analytical model, we have developed a one-dimensional stationary isothermal PEMWE model that takes into account electro-chemical reaction, mass transfer and charges balance through the Membrane Electrodes Assembly (MEA). The analytical approach permit to obtain mathematical solution of the activation overpotential, the ohmic losses and the bubbles overpotential respectively for the low current density, the middle current density and the high current density. This approach quantify the total overpotential of the cell, function of the operational and intrinsic numbers. In terms of perspective, the analytical model could be used for the diagnostic of the electrolyzer PEM.; Les électrolyseurs à membrane échangeuse de protons basse pression (E-PEMs) apparaissent comme une solution efficace et durable pour la production d’hydrogène. Cette technologie pourrait permettre de pallier l’intermittence des énergies renouvelables (notamment solaire et éolien) en convertissant l’énergie électrique produite en énergie chimique (hydrogène). Durant ces travaux de thèse, trois aspects ont été développés : une approche analytique, une approche numérique, ainsi que approche expérimentale. Ces trois approches ont permis de comprendre l’influence du mélange bi-phasique eau/oxygène à l’anode du système sur les performances électrochimiques des E-PEMS ainsi que déterminer les paramètres opérationnels et intrinsèques qui impactent les performances des E-PEMs. À propos de l'approche expérimentale, des mesures d'impédance électrochimique ainsi que des courbes de polarisation ont été réalisées sur deux différentes cellules d'électrolyseurs de type PEM basse pression (la cellule ITW power de l'Electrochimical innovation Lab (UCL) et la cellule réversible Q-URFC du Laboratoire d'Énergétique, d'Électronique et Procédés (LE2P). À propos de la modélisation numérique, Le modèle expérimentale conjugue une approche multi-échelle macroscopique 2D et mésoscopique 1D. Ce modèle prend en compte le transfert de matière, le transfert de chaleur, les réactions électrochimiques anodique et cathodique et le transfert de charges présents dans le cœur des E-PEMs. D’un point de vue mésoscopique, une attention particulière a été portée sur l’influence des régimes bi-phasiques anodiques (régime de bulles coalescées (BC régime) et régime de bulles non coalescées (NCB régime) sur le transfert de matière à l’anode et sur l’humidification de la membrane. Ces travaux démontrent et confirment l’hypothèse que la transition du NCB régime vers le CB régime augmente le transfert de matière anodique, diminue la résistance ohmique de la membrane et améliore l’efficacité des E-PEMs. À propos de la modèle analytique, l’étude analytique explore une approche adimensionnelle de l'assemblage membrane électrode (AME) en régime stationnaire et isotherme. À l’échelle locale, en 1D, les équations prises en compte sont la conservation du courant dans l’AME, les réactions électrochimiques au sein des couches actives et le transfert de matière à travers la membrane. La résolution a permis d’obtenir des expressions analytiques des surtensions aux électrodes, de la chute ohmique et de la teneur en eau dans la membrane. L’approche adimensionnelle a permis de quantifier analytiquement les sources d’irréversibilités (chute ohmique, surtensions d’activations anodique et cathodique, et de la surtension induite par le bouchonnement des canaux anodiques) respectivement pour les faibles densités de courant, les moyennes densités de courant et les hautes densités de courant. En outre, ce modèle analytique peut être implémenté dans une boucle de contrôle commande. Ces travaux de thèse proposent une contribution à la compréhension du fonctionnement des E-PEMs basse pression en général, et en particulier de l'impact des régimes bi-phasiques sur leurs performances électro-chimiques.

Environmental and health issues call for a switch in crop protection towards less chemically driven strategies. Pest damages on crops result of population dynamics that are influenced by landscape features. Those features may be relocated or dismissed to improve landscapes resistance to pest damages. Here we explore numerically the landscape modification as a crop protection strategy.Landscape features can influence population dynamics through their impact on individuals. Therefore, we developed a multiscale population dynamics model accounting for individual foraging. The foraging process results of (1) the perception of distant features used as resources by the individuals, (2) the localisation of the population along an additional dimension quantifying individual energy supply, (3) an optimisation procedure defining adapted directed motionsWe developed an evolutionary heuristic for landscape modification. It is able to rearrange landscapes with respect to compositional and structural constraints. Population and landscape models were applied to a theoretical landscape planning problem. The mechanistic description of the optimal foraging process enables new and efficient levers for crop protection, building on the disruption of the foraging behaviours. This application enlightens the responsiveness of the simulated population to landscape modifications, as well as the ability of evolutionary algorithms to produce resilient landscapes under agronomic productive constraints.; Dans un objectif de réduction de l'utilisation des pesticides, des méthodes alternatives doivent assurer la protection des cultures. Les dégâts causés par les insectes ravageurs sont les manifestations de dynamiques de population dont certains déterminants paysagers sont des éléments structuraux potentiellement relocalisables. Nous explorons ici, par la simulation numérique, la modification du paysage comme stratégie de protection des cultures.Les éléments paysagers peuvent impacter les populations d'insectes par leur influence sur les comportements individuels. Nous avons développé un modèle de population tenant compte de l'approvisionnement individuel. Ce processus résulte (1) de la perception des ressources distantes par l'individu, (2) de la localisation de la population sur une dimension additionnelle quantifiant les réserves énergétiques, et (3) d'une procédure d'optimisation qui définit des mouvements dirigés adaptés.Une heuristique évolutionnaire de modification de paysages a été développée. Elle produit des réarrangements sous contraintes de composition et de structure. Les modèles de paysages et de dynamique de population ont été appliqués à un problème théorique d'aménagement du paysage. La description mécaniste de l'approvisionnement optimal offre des leviers d'action efficaces, basés sur la perturbation des comportements d'approvisionnement. Nos travaux montrent la réactivité de la population aux modifications du paysage, ainsi que la capacité des algorithmes évolutionnaires à proposer des paysages résistants, sous contraintes agronomiques.

In a global context of greenhouse gases emissions reduction, solutions need to be found to limit the pollution from transportation. In the aeronautics, the energy efficiency of planes can be improved by using alternative energy sources, such as fuel cells. This technology is an electrochemical device that converts hydrogen into electricity, water and heat. Nevertheless, cost and lifetime of fuel cells are weaknesses of this technology and need to be improved.As part of the use onboard commercial airplanes, analysis of a PEM fuel cell system durability is conducted, in collaboration with Zodiac Aerospace. Taking the fuel cell aging into account in the fuel cell system management is essential to limit the impact of inappropriate fuel cell core local conditions, which decrease the fuel cell lifetime. In this work, a complete study is proposed to correlate the fuel cell internal aging mechanisms (membrane degradation, catalyst dissolution) to the fuel cell local conditions which are defined partly by the system ancillaries’ performances, the power profile and the system environmental conditions. The objective is to be able to predict the fuel cell operation and its durability in order to suggest optimization strategies for the targeted application. The proposed approach is based on modeling and validated by experimental durability tests.A multi-physical model existing at the CEA is developed in this PhD to correlate the uses to the degradation mechanisms. The physical description of the fuel cell is done in this model, where electrochemical reactions, fuel cell water and gas diffusion mechanisms at micro scale and heat transfers are taken into account. Improvements are added, in order to better model the geometry of the gases distributing plates used in the tests. Besides, a work on the cooling circuit enables to refine the temperature distribution at the cell surface. Finally, degradation mechanisms are added to model the fuel cell aging. Two different approaches are used, one based on physical electrochemical equations (“Bottom-Up”) and the other one based on semi-empirical laws (“Top-Down”).Results from the modeling part are compared with dedicated tests. In particular, two tests of 2,000 hours each in aeronautical conditions are performed, with two different operating modes (stabilized and dynamic). Usual methods of electrochemical characterization (impedance spectroscopy, voltammetries), post-mortem analyses along with in-situ measurements of the current density and temperature performed during the tests help validating the model.In particular, the measures show that the developed model is able to simulate the heterogeneous distribution of the local conditions inside the fuel cell in function of the operating conditions (dry, wet, etc.). It gives the possibility to monitor the behavior of fuel cell internal parameters which are not reachable by the tests (relative humidity, molar fractions, etc.). Moreover, the model enables to find back the impact of several operating regimes on the aging, giving as well information about the degradation mechanisms acting on the materials. Last but not least, strategies are proposed to improve the fuel cell durability, based on the real cycle considered by Zodiac Aerospace for the use of the fuel cell system onboard a commercial airplane (apart from the propulsion)., Dans un contexte global de réduction des émissions de gaz à effet de serre, des solutions doivent être trouvées pour limiter les pollutions liées aux transports. Dans le domaine aéronautique, l’efficacité énergétique des avions peut être améliorée entre autres par l’utilisation de sources alternatives, comme les piles à combustible. Cette technologie est un dispositif électrochimique permettant de convertir le dihydrogène et le dioxygène en électricité, eau et chaleur. Néanmoins, le coût et la durée de vie de la pile sont des points faibles de cette technologie et doivent être améliorés.Dans le cadre d’une utilisation à bord d’un avion de ligne, l'analyse de la durabilité d'un système pile à combustible PEMFC est menée, en lien avec l'industriel Zodiac Aerospace. La prise en compte du vieillissement de la pile à combustible dans la gestion du système pile est essentielle pour limiter l’impact de conditions locales inappropriées du cœur de pile qui diminuent sa durée de vie. Dans ce travail, une étude complète est proposée pour corréler les mécanismes de vieillissement du cœur de pile (dégradation de la membrane, dissolution du catalyseur) aux conditions locales de la pile définies en partie par les performances des auxiliaires du système pile, le profil de puissance et les conditions environnementales du système. L'objectif est de prédire les performances de la pile et sa durée de vie afin de suggérer des stratégies d’optimisation pour l'application visée. L’approche proposée est basée sur la simulation numérique et validée par des essais de durabilité.Un modèle multi-physique existant au CEA est développé dans cette thèse pour corréler les usages aux mécanismes de dégradation. Une description physique de la pile à combustible est réalisée dans ce modèle, avec la prise en compte des réactions électrochimiques, des mécanismes de diffusion de l’eau et des gaz à l’échelle microscopique dans la pile, ainsi que de la thermique. Des améliorations y sont apportées, afin de mieux représenter la géométrie des plaques distributrices de gaz utilisées pour les essais. Un travail sur le circuit de refroidissement permet en outre d’affiner la distribution de température à la surface de la cellule. Enfin, l’ajout de mécanismes de dégradation est effectué pour modéliser le vieillissement de la pile. Pour cela, deux approches différentes sont couplées, l’une basée sur des équations physiques de l’électrochimie («Bottom-Up») et l’autre sur des lois semi-empiriques («Top-Down»).Les résultats de la modélisation sont confrontés à des essais expérimentaux dédiés. En particulier, deux tests de 2000 heures en conditions aéronautiques ont été effectués, avec deux régimes de fonctionnement différents (stabilisé et dynamique). Les méthodes usuelles de caractérisations électrochimiques (spectroscopie d’impédance, voltampérométries), des analyses post-mortem ainsi que des mesures locales de densité de courant et de température réalisées durant les essais aident à la validation des modèles.En particulier, les différentes mesures montrent que le modèle développé est capable de simuler la répartition hétérogène des conditions locales dans le cœur de pile en fonction des conditions opératoires (conditions asséchantes, humides, etc.). Il permet alors de calculer le comportement de paramètres internes de la pile non accessibles par l’expérience (humidités relatives, fractions molaires, etc.). De plus, le modèle permet de retrouver l’impact de différents modes opératoires sur le vieillissement, apportant également des informations sur les mécanismes de dégradation qui agissent sur les matériaux. Enfin, des stratégies d’optimisation sont proposées pour améliorer la durée de vie de la pile, basées sur le cycle réel envisagé par Zodiac Aerospace pour l’application de la pile à combustible à bord d’un avion de ligne (hors propulsion).

The thermal policies have been kept to fit the new economic in a global context particularly in terms of buildings energy efficiency. To meet these challenges, different technologies have been used such as the Phase Change Materials (PCMs) which have the ability to store and release energy. PCMs are generally used with conventional building materials in order to improve their thermal inertia and provide better comfort to users. To enhance the properties of the final composite, the PCMs thermo-physical properties must be sufficiently controlled. In this context, this thesis is a contribution aimed to develop specific methodologies for better characterization of PCM and PCM-concrete. Different experimental approaches will be presented for the identification of PCMs thermophysical properties and to identify the effect of the incorporation and the damage of these materials on the thermal and mechanical properties of concrete. A multiscale modelling considering the average of experimental thermal properties was applied to predict the thermal behaviour of PCMs-concrete. A probabilistic study of experimental uncertainties will be also conducted to assess the level of confidence of the impact of PCM on the thermodynamic properties of PCM-concrete. A numerical study was conducted using experimental data to study the heat transfer through a PCM-concrete wall; A l'heure actuelle, les nouvelles contraintes de la réglementation thermique en vigueur ne cessent de s'adapter au contexte économique global pour lequel la recherche d'une efficacité énergétique dans le bâtiment est devenue incontournable. Pour répondre à ces défis, des Matériaux intelligents à Changement de Phase (MCP) ont fait leur apparition sur le marché de la construction. Grâce à leur capacité de stockage de l'énergie, les MCP sont de plus en plus associés aux matériaux de construction classiques (béton, plâtre, etc.) afin d'améliorer leur inertie thermique et apporter un meilleur confort aux usagers. Pour ce faire, les propriétés thermophysiques intrinsèques aux MCP doivent être suffisamment maitrisées afin de pouvoir contrôler les propriétés du produit composite final. Dans ce contexte, cette thèse est une contribution ayant pour objectif de développer des méthodologies spécifiques pour une meilleure caractérisation des MCP et des béton-MCP. Une panoplie d'approches expérimentales a été présentée pour l'identification des propriétés thermophysiques des MCP et pour identifier l'effet d'incorporation et de l'endommagement de ces matériaux sur les propriétés thermiques et mécaniques de béton. Plusieurs modèles d'homogénéisation ont été utilisés afin de prédire le comportement thermique des bétons-MCP en utilisant les propriétés thermiques moyennées obtenues expérimentalement. Une étude probabiliste paramétrique a été menée afin de prendre en compte les incertitudes liées à la dispersion aléatoire des mesures expérimentales de propriétés thermiques du béton-MCP. Les résultats issus des essais expérimentaux ont été intégrés dans le cadre d'une étude numérique par la Méthode des Volumes finis (MVF) afin d'étudier le mécanisme de transfert de chaleur à travers une paroi en béton-MCP

International audience; We present the advantages of a multiscale modelling strategy for the understanding of systems with charged interfaces. On the one hand, one can simulate a complex system at different levels, depending on the relevant length and time scales for a given physical chemistry problem. On the other hand, one should make the link between the various levels of description, e.g. following a bottom-up approach. We illustrate here the case of charged porous materials, in particular clay minerals, by discussing physical chemistry issues that arise in the context of geological disposal of nuclear wastes and CO2 sequestration.; Cet article présente l’intérêt d’une démarche de modélisation multi-échelle pour la compréhension des systèmes présentant des interfaces chargées. Il s’agit d’une part de simuler un même système complexe à différentes échelles, en fonction des échelles d’espace et de temps pertinentes pour répondre à une question de physico-chimie donnée. D’autre part, il convient de faire le lien entre les différents niveaux de description, par exemple dans le cadre d’une approche ascendante « bottom-up ».Le cas des matériaux poreux chargés que sont les argiles est illustré plus particulièrement ici, en abordant des problèmes de physico-chimie dans les contextes du stockage des déchets nucléaires en couche géologique profonde et du stockage géologique du CO2.

Polymer materials are widely used, both for everyday applications and in high-technology products. These materials involves a wide range of time and length scales, making the modelling of their properties challenging by using only one method. This thesis focuses on the development of a multiscale strategy, combining different levels of description of the matter. The aim is to reach the rheological properties of a polymer over a large time scale, while retaining the chemical structure inherent of its microstructure. The investigation of structure-property relationships will then be facilitated. The mesoscopic potentials are developped from atomistic configurations. A quantitative reproduction of several structural properties of the polymer such as density or end to end distance is obtained. Then, the transferability of the potentials has been studied through the dependence of temperature, pressure or polymer structure on thermomechanical properties. By using these potentials, nonequilibrium simulations have been carried out to calculate the entanglement mass and the plateau modulus. The multicale approach has been extended to model the polymer-silica interaction in order to study the impact of the degree of confinement or the grafting density on the dynamical and structural properties of polymer chains close to the surface., Les matériaux polymères sont aussi bien utilisés dans des applications de la vie courante que dans des domaines de haute technologie. Ces matériaux font intervenir des échelles spatiales et temporelles variées et étendues, rendant la modélisation de leurs propriétés inaccessible avec une seule méthode. Cette thèse propose le développement d’une stratégie multi-échelle, couplant ainsi plusieurs niveaux de représentation de la matière. Le but est d’accéder aux propriétés rhéologiques d’un polymère, faisant intervenir des temps de relaxation lents, tout en conservant les caractéristiques chimiques intrinsèques à sa microstructure de façon à pouvoir établir des relations structure-propriétés. Les potentiels d’interaction de l’échelle mésoscopique sont développés à partir des configurations atomistiques. Ils permettent ensuite une reproduction quantitative de plusieurs propriétés structurales du polymère, telles que la masse volumique ou la distance bout à bout. La transférabilité des potentiels mésoscopiques a été étudiée à travers la dépendance des propriétés thermomécaniques en température, en pression et en nature du polymère. À partir de ces potentiels, des simulations hors équilibre ont permis de déterminer des grandeurs caractéristiques comme la masse d’enchevêtrement ou le module élastique. L’approche multi-échelle est étendue à l’interaction polymère-silice, dans le but d’étudier l’impact des facteurs comme le degré de confinement ou la densité de greffage sur les propriétés dynamiques et structurales des chaînes au voisinage de la surface.

The overall objective of this thesis is to study a multiscale modelling and to develop a suitable method for the numerical simulation of soil erosion on catchment scale. After reviewing the various existing models, we derive an analytical solution for the non-trivial coupled system modelling the bedload transport. Next, we study the hyperbolicity of the system with different sedimentation laws found in the literature. Relating to the numerical method, we present the validity domain of the time splitting method, consisting in solving separately the Shallow-Water system (modelling the flow routing) during a first time step for a fixed bed and updating afterward the topography on a second step using the Exner equation. On the modelling of transport in suspension at the plot scale, we present a system coupling the mechanisms of infiltration, runoff and transport of several classes of sediment. Numerical implementation and validation tests of a high order well- balanced finite volume scheme are also presented. Then, we discuss on the model application and calibration using experimental data on ten 1m2 plots of crusted soil in Niger. In order to achieve the simulation at the catchment scale, we develop a multiscale modelling in which we integrate the inundation ratio in the evolution equations to take into account the small-scale effect of the microtopography. On the numerical method, we study two well-balanced schemes : the first one is the Roe scheme based on a path conservative, and the second one is the scheme using a generalized hydrostatic reconstruction. Finally, we present a first model application with experimental data of the Ganspoel catchment where the parallel computing is also motived.; L'objectif global de ce travail est d'étudier une modélisation multi-échelle et de développer une méthode adaptée pour la simulation numérique du processus d'érosion à l'échelle du bassin versant. Après avoir passé en revue les différents modèles existants, nous dérivons une solution analytique non triviale pour le système couplé modélisant le transport de sédiments par charriage. Ensuite, nous étudions l'hyperbolicité de ce système avec diverses lois de sédimentation proposées dans la littérature. Concernant le schéma numérique, nous présentons le domaine de validité de la méthode de splitting, pour les équations modélisant l'écoulement et celle décrivant l'évolution du fond. Pour la modélisation du transport en suspension à l'échelle de la parcelle, nous présentons un système d'équations couplant les mécanismes d'infiltration, de ruissellement et le transport de plusieurs classes de sédiments. L'implémentation et des tests de validation d'un schéma d'ordre élevé et de volumes finis bien équilibré sont également présentés. Ensuite, nous discutons sur l'application et la calibration du modèle avec des données expérimentales sur dix parcelles 1m2 au Niger. Dans le but d'aboutir la simulation à l'échelle du bassin versant, nous développons une modélisation multi échelle dans laquelle nous intégrons le taux d'inondation dans les équations d'évolution afin de prendre en compte l'effet à petite échelle de la microtopographie. Au niveau numérique, nous étudions deux schémas bien équilibrés : le schéma de Roe basé sur un chemin conservatif, et le schéma avec reconstruction hydrostatique généralisée. Enfin, nous présentons une première application du modèle avec les données expérimentales du bassin versant de Ganspoel qui nécessite la parallélisation du code.

The overall objective of this thesis is to study a multiscale modelling and to develop a suitable method for the numerical simulation of soil erosion on catchment scale. After reviewing the various existing models, we derive an analytical solution for the non-trivial coupled system modelling the bedload transport. Next, we study the hyperbolicity of the system with different sedimentation laws found in the literature. Relating to the numerical method, we present the validity domain of the time splitting method, consisting in solving separately the Shallow-Water system (modelling the flow routing) during a first time step for a fixed bed and updating afterward the topography on a second step using the Exner equation. On the modelling of transport in suspension at the plot scale, we present a system coupling the mechanisms of infiltration, runoff and transport of several classes of sediment. Numerical implementation and validation tests of a high order wellbalanced finite volume scheme are also presented. Then, we discuss on the model application and calibration using experimental data on ten 1 m2 plots of crusted soil in Niger. In order to achieve the simulation at the catchment scale, we develop a multiscale modelling in which we integrate the inundation ratio in the evolution equations to take into account the small-scale effect of the microtopography. On the numerical method, we study two well-balanced schemes : the first one is the Roe scheme based on a path conservative, and the second one is the scheme using a generalized hydrostatic reconstruction. Finally, we present a first model application with experimental data of the Ganspoel catchment where the parallel computing is also motived.; L’objectif global de ce travail est d’étudier une modélisation multi échelle et de développer une méthode adaptée pour la simulation numérique du processus d’érosion à l’échelle du bassin versant. Après avoir passé en revue les différents modèles existants, nous dérivons une solution analytique non triviale pour le système couplé modélisant le transport de sédiments par charriage. Ensuite, nous étudions l’hyperbolicité de ce système avec diverses lois de sédimentation proposées dans la littérature. Concernant le schéma numérique, nous présentons le domaine de validité de la méthode de splitting, pour les équations modélisant l’écoulement et celle décrivant l’évolution du fond. Pour la modélisation du transport en suspension à l’échelle de la parcelle, nous présentons un système d’équations couplant les mécanismes d’infiltration, de ruissellement et le transport de plusieurs classes de sédiments. L’implémentation et des tests de validation d’un schéma d’ordre élevé et de volumes finis bien équilibré sont également présentés. Ensuite, nous discutons sur l’application et la calibration du modèle avec des données expérimentales sur dix parcelles au Niger. Dans le but d’aboutir la simulation à l’échelle du bassin versant, nous développons une modélisation multi échelle dans laquelle nous intégrons le taux d’inondation dans les équations d’évolution afin de prendre en compte l’effet à petite échelle de la microtopographie. Au niveau numérique, nous étudions deux schémas bien équilibrés : le schéma de Roe basé sur un chemin conservatif, et le schéma avec reconstruction hydrostatique généralisée. Enfin, nous présentons une première application du modèle avec les données expérimentales du bassin versant de Ganspoel qui nécessite la parallélisation du code.

The overall objective of this thesis is to study a multiscale modelling and to develop a suitable method for the numerical simulation of soil erosion on catchment scale. After reviewing the various existing models, we derive an analytical solution for the non-trivial coupled system modelling the bedload transport. Next, we study the hyperbolicity of the system with different sedimentation laws found in the literature. Relating to the numerical method, we present the validity domain of the time splitting method, consisting in solving separately the Shallow-Water system (modelling the flow routing) during a first time step for a fixed bed and updating afterward the topography on a second step using the Exner equation. On the modelling of transport in suspension at the plot scale, we present a system coupling the mechanisms of infiltration, runoff and transport of several classes of sediment. Numerical implementation and validation tests of a high order well- balanced finite volume scheme are also presented. Then, we discuss on the model application and calibration using experimental data on ten 1m2 plots of crusted soil in Niger. In order to achieve the simulation at the catchment scale, we develop a multiscale modelling in which we integrate the inundation ratio in the evolution equations to take into account the small-scale effect of the microtopography. On the numerical method, we study two well-balanced schemes : the first one is the Roe scheme based on a path conservative, and the second one is the scheme using a generalized hydrostatic reconstruction. Finally, we present a first model application with experimental data of the Ganspoel catchment where the parallel computing is also motived., L'objectif global de ce travail est d'étudier une modélisation multi-échelle et de développer une méthode adaptée pour la simulation numérique du processus d'érosion à l'échelle du bassin versant. Après avoir passé en revue les différents modèles existants, nous dérivons une solution analytique non triviale pour le système couplé modélisant le transport de sédiments par charriage. Ensuite, nous étudions l'hyperbolicité de ce système avec diverses lois de sédimentation proposées dans la littérature. Concernant le schéma numérique, nous présentons le domaine de validité de la méthode de splitting, pour les équations modélisant l'écoulement et celle décrivant l'évolution du fond. Pour la modélisation du transport en suspension à l'échelle de la parcelle, nous présentons un système d'équations couplant les mécanismes d'infiltration, de ruissellement et le transport de plusieurs classes de sédiments. L'implémentation et des tests de validation d'un schéma d'ordre élevé et de volumes finis bien équilibré sont également présentés. Ensuite, nous discutons sur l'application et la calibration du modèle avec des données expérimentales sur dix parcelles 1m2 au Niger. Dans le but d'aboutir la simulation à l'échelle du bassin versant, nous développons une modélisation multi échelle dans laquelle nous intégrons le taux d'inondation dans les équations d'évolution afin de prendre en compte l'effet à petite échelle de la microtopographie. Au niveau numérique, nous étudions deux schémas bien équilibrés : le schéma de Roe basé sur un chemin conservatif, et le schéma avec reconstruction hydrostatique généralisée. Enfin, nous présentons une première application du modèle avec les données expérimentales du bassin versant de Ganspoel qui nécessite la parallélisation du code.

The overall objective of this thesis is to study a multiscale modelling and to develop a suitable method for the numerical simulation of soil erosion on catchment scale. After reviewing the various existing models, we derive an analytical solution for the non-trivial coupled system modelling the bedload transport. Next, we study the hyperbolicity of the system with different sedimentation laws found in the literature. Relating to the numerical method, we present the validity domain of the time splitting method, consisting in solving separately the Shallow-Water system (modelling the flow routing) during a first time step for a fixed bed and updating afterward the topography on a second step using the Exner equation. On the modelling of transport in suspension at the plot scale, we present a system coupling the mechanisms of infiltration, runoff and transport of several classes of sediment. Numerical implementation and validation tests of a high order wellbalanced finite volume scheme are also presented. Then, we discuss on the model application and calibration using experimental data on ten 1 m2 plots of crusted soil in Niger. In order to achieve the simulation at the catchment scale, we develop a multiscale modelling in which we integrate the inundation ratio in the evolution equations to take into account the small-scale effect of the microtopography. On the numerical method, we study two well-balanced schemes : the first one is the Roe scheme based on a path conservative, and the second one is the scheme using a generalized hydrostatic reconstruction. Finally, we present a first model application with experimental data of the Ganspoel catchment where the parallel computing is also motived., L’objectif global de ce travail est d’étudier une modélisation multi échelle et de développer une méthode adaptée pour la simulation numérique du processus d’érosion à l’échelle du bassin versant. Après avoir passé en revue les différents modèles existants, nous dérivons une solution analytique non triviale pour le système couplé modélisant le transport de sédiments par charriage. Ensuite, nous étudions l’hyperbolicité de ce système avec diverses lois de sédimentation proposées dans la littérature. Concernant le schéma numérique, nous présentons le domaine de validité de la méthode de splitting, pour les équations modélisant l’écoulement et celle décrivant l’évolution du fond. Pour la modélisation du transport en suspension à l’échelle de la parcelle, nous présentons un système d’équations couplant les mécanismes d’infiltration, de ruissellement et le transport de plusieurs classes de sédiments. L’implémentation et des tests de validation d’un schéma d’ordre élevé et de volumes finis bien équilibré sont également présentés. Ensuite, nous discutons sur l’application et la calibration du modèle avec des données expérimentales sur dix parcelles au Niger. Dans le but d’aboutir la simulation à l’échelle du bassin versant, nous développons une modélisation multi échelle dans laquelle nous intégrons le taux d’inondation dans les équations d’évolution afin de prendre en compte l’effet à petite échelle de la microtopographie. Au niveau numérique, nous étudions deux schémas bien équilibrés : le schéma de Roe basé sur un chemin conservatif, et le schéma avec reconstruction hydrostatique généralisée. Enfin, nous présentons une première application du modèle avec les données expérimentales du bassin versant de Ganspoel qui nécessite la parallélisation du code.

Accurate modeling of failure of geomaterials is the key to the success of a diverse range of engineering challenges including the topic of CO2 sequestration, nuclear waste disposal and hydrocarbon production plus civil engineering projects for tunnels or excavations. The aim of this thesis is to develop macroscopic damage evolution laws based on explicit descriptions of fracture at the micro-scale level which can be successfully employed to describe long term damage behavior of geologic storage sites. The approach taken is based on homogenization through asymptotic developments combined with micro-crack propagation energy analysis which leads to an explicit quantification of the acoustic emission (AE) energy associated with damage. Proposed damage models are capable of modeling the degradation of elastic moduli due to the micro-crack evolution. This representation allows the modeling of wave propagation in a medium with evolving damage. Two types of damage models will be considered: time independent and time dependent. Time independent damage models capable of describing progressive micro-cracking propagation (i.e. quasi-brittle type damage law) are considered. In the case of time-dependent damage models, the evolution of the micro-crack length during propagation is described through a sub-critical criterion and mixed mode propagation by branching. Using the time dependent damage model including rotational micro-cracks, simulations will be made at three levels: laboratory, tunnel and reservoir scales., La modélisation de la rupture des géo-matériaux constitue un important défi pour les applications telles que la séquestration du CO2 , le stockage de déchets nucléaires, la production des hydrocarbures ainsi que les projets de génie civil concernant les tunnels ou les excavations. L'objectif de cette thèse est de développer des lois d'évolution macroscopiques d'endommagement à partir des descriptions explicites de la rupture à l'échelle microscopique en vue de la modélisation du comportement d'endommagement à long terme des sites de stockage géologique. L'approche adoptée est basée sur l'homogénéisation par développements asymptotiques et la description énergétique de la propagation des micro-fissures, qui permettent l'obtention des lois d'endommagement et conduisent à une quantification explicite de l'énergie de l'émission acoustique associée à la rupture. Les modèles obtenus sont capables de prédire la dégradation des modules d'élasticité en raison de l'évolution des micro-fissures. Cette représentation permet de modéliser la propagation des ondes dans un milieu à endommagement évolutif. Deux types de modèles d'endommagement seront proposés: indépendants de temps et dépendants de temps. Les modèles dépendants de temps décrivent l'évolution progressive quasi-fragile de la micro-fissuration. Dans les modèles dépendants de temps, l'évolution des micro-fissures est décrite à travers un critère sous-critique et la propagation mixte, par branchement. En utilisant le modèle dépendant de temps, des simulations seront faites à trois niveaux: du laboratoire, du tunnel et du réservoir.

National audience; Cet article présente une modélisation multiéchelle du comportement mécanique des matériaux composites à renfort tissé. Le modèle proposé (DMD) repose sur une description de l'architecture du renfort tissé, l'arrangement des constituants et leurs modes d'endommagement. Le modèle développé est identifié et validé pour un matériau composite tissé à matrice céramique, et appliqué à des cas tests de calcul de structure.

National audience; On propose dans cette étude de comprendre le comportement mécanique d'un composite textile. Pour ce faire, l'étude se scinde en deux parties distinctes. Dans cet article, nous présentons les essais expérimentaux. Ces essais ont été réalisés sur le matériau composite (pour laquelle l'échelle de travail est appelée l'échelle macroscopique) mais également sur les constituants des composites (pour laquelle l'échelle de travail est appelée l'échelle microscopique). L'étude de modélisation numérique du matériau fait l'objet d'un second article.

National audience; On propose dans cette étude de comprendre le comportement mécanique d'un composite textile. Pour ce faire, l'étude se scinde en deux parties distinctes. Dans cet article, nous présentons la modélisation multiéchelle qui fait suite à une étude expérimentale. Son objectif est double : comprendre la nature du comportement macroscopique observé et expliquer l'origine des endommagements susceptibles d'apparaître. L'étude expérimentale du matériau fait l'objet d'un premier article.

The issue of this study focuses on two points in the behaviour of magnetic materials. The first is the effect of mechanical stress on the magnetic behaviour. The second point is the study of deformation of ma- terials submitted to a magnetic field. These two phenomena are characteristic of the magneto-mechanical coupling. The goal is to develop models able to simulate the coupling in all its complexity, in order to improve processes and materials, and, finally, the performance of electrical machines.It is the result of about a decade of research including eight spent in LMT-Cachan. It is trying to achieve a synthesis of different own studies, Master and PhD Theses that I had to be framed on the magneto- mechanical couplings.This document is divided into five chapters. The first is describing the frame of this study together with a brief description of the magneto-elastic behaviour, from a macroscopic to a microscopic point of view. The second concerns experimental aspects: materials, methods for measuring magnetic and magnetostrictive behaviours, and mechanical uniaxial and multiaxial testings are detailed. The third chapter is devoted to the description of the modelling of the magneto-elastic behaviour. It is involving three scales: the domain, the single crystal, and the polycristal scales. Comparisons between modelling and experimental results provide positive outcomes regarding massive materials. For the sheet format, comparisons highlight some weaknesses in the model that require the consideration of anisotropies macroscopic effects, in particular the establishment of an initial configuration. In the fourth chapter, we provide the key elements useful for modelling the influence of plasticity on the magneto-mechanical behaviour using the multi-scale mo- del: plasticity is introduced through a state of residual stress state determined from a microcrystalline plasticity model. The final chapter is devoted to presenting the main prospects for works associated with magnetomechanical couplings: they concern the NDT applications and modelling of the magnetic losses for the optimization of manufacturing processes.; La problématique de cette étude porte sur deux aspects du comportement des matériaux magnétiques. Le premier est l’effet d’une sollicitation mécanique sur le comportement magnétique. Le second est l’étude de la déformation des matériaux soumis à un champ. Ces deux phénomènes sont caractéristiques du couplage magnéto-mécanique. L’objectif consiste à établir des modèles capables de simuler le couplage dans toute sa complexité, de manière à améliorer les procédés et les matériaux, et, in fine, le rendement des machines électriques.Ce document est l’aboutissement d’environ une dizaine d’années de recherches dont huit passées au LMT-Cachan. Il tente de réaliser une synthèse de différents travaux propres et études de Master et Thèses que j’ai eu à encadrer portant sur les couplages magnéto-mécaniques.Ce document se découpe en cinq chapitres. Le premier présente le cadre de l’étude ainsi qu’une brève description du comportement magnéto-élastique, d’un point de vue macroscopique et microscopique. Le deuxième concerne les mises en évidence expérimentales des phénomènes de couplage magnéto-mécanique. Les matériaux, les méthodes de mesure magnétique et magnétostrictive, ainsi que les essais mécaniques uniaxiaux et multiaxiaux son détaillés. Le troisième chapitre est consacré à la description de la modélisation magnéto-élastique couplée qui fait intervenir trois échelles : celle du domaine magnétique, celle du monocristal, et celle du polycristal. Les comparaisons modèle-essais donnent des résultats satisfaisants en ce qui concerne les matériaux massifs. Pour le format tôle, les comparaisons mettent en évidence certaines faiblesses du modèle qui requièrent la prise en compte d’effets d’anisotropies macroscopiques, et en particulier la mise en place d’une configuration initiale. Dans le quatrième chapitre, nous apportons les principaux éléments utiles à la modélisation de l’influence de la plasticité sur le comportement magnéto-mécanique à l’aide de la démarche multiéchelle: la plasticité est introduite via un état de contraintes résiduelles admissible, déterminé à partir d’un modèle de plasticité microcristalline. Le dernier chapitre est consacré à présenter les principales perspectives de travaux associés aux couplages magnéto-mécaniques: elles concernent les applications CND et la modélisation de l’hystérésis magnétique en vue de l’optimisation des procédés de fabrication.