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The current industrial context requires the optimization of production resources, particularly raw materials and energy consumption. This commitment does not only meet the criteria of competitiveness related to production costs but also to the environmental impact of the overall manufacturing process. To solve this problem, is required a mode to define optimization strategies through a complete forming process during a mechanical part manufacturing.Most behavior laws used for metals, dedicated to perform simulations of forming and machining processes are characterized by an isotropic behavior. These models are effective in predicting the behavior under proportional loading, but by definition cannot consider the anisotropy developed during work hardening. This limitation makes it impossible to take to consider the interaction effects between the different stages of the manufacturing process. This work goes through the phenomenological behavior laws capable of modeling this phenomenon, in order to obtain an accurate model of the overall process. Knowing that the modeling of each process stage requires a solver and specific definitions, a methodology as well as numerical tools necessary to manage the hardening variables along the process have been developed. This methodology allows a traceability of the values of hardening variables throughout the simulation of the process, dividing the global simulation, admitting the use of different solvers or software.This work explores the profile estimation obtained with destructive residual stresses measurement methods in order to compare simulation results with experiments. A new methodology using inverse analysis is developed and implemented. From numerical generated data, the new method is applied and compared with two destructive reference methods. The results in this application show, a decrease in both the error and the uncertainty level., Le contexte industriel actuel impose l’optimisation des ressources de production, notamment des matières premières et de l’énergie consommée. Cet engagement ne répond pas seulement aux critères de compétitivité liés aux coûts de production mais aussi à l’impact environnemental du processus global de fabrication. Pour répondre à ce problème, il est nécessaire de disposer de modèles pour définir des stratégies d'optimisation efficientes tout au long du processus complet de mise en forme d'une pièce mécanique.La plupart des lois de comportement habituellement utilisées pour modéliser le comportement des matériaux métalliques dans les procédés de transformation, sont caractérisées par un comportement isotrope. Ces modèles sont efficaces pour prédire le comportement d’un procédé sous chargement proportionnel, mais par définition ne peuvent pas prendre en compte l’anisotropie développée durant l’écrouissage. Cette caractéristique ne permet pas de prendre en compte les effets de l’interaction entre les différents procédés constitutifs du processus. Ce travail explore les lois de comportement phénoménologiques capables de modéliser ce phénomène afin d’obtenir un modèle précis du processus global. Sachant que la modélisation de chaque procédé nécessite un solveur et des mises en œuvre particulières, une méthodologie de travail ainsi que les outils numériques nécessaires pour gérer les variables d’état du processus ont été développés. Cette méthodologie permet un suivi des valeurs de variables d’écrouissage tout au long de la simulation du processus.Ce travail explore également des l'estimation du profil des contraintes résiduelles obtenu par des méthodes de mesure destructives afin en confrontant les résultats de simulations avec des données expérimentales. Une nouvelle méthodologie basée sur l’analyse inverse est développée et mise en œuvre. La nouvelle méthode est comparée avec les résultats obtenus avec deux méthodes destructives de référence. Les résultats obtenus dans cette application montrent une diminution à la fois de l'erreur et du niveau d'incertitude.

In an environmental context that requires perpetuating the life span of constructions, the managers of structures must be accompanied in the maintenance of existing structures. Periodic inspection and monitoring approaches are based on the development of non-destructive testing methods to have feedback, throughout the life of the structures, on key variables reflecting the mechanical and pathological state of the structures. In the field of hygroscopic building materials, the monitoring of moisture content requires the development of specific tools to identify moisture profiles in structural sections. The method studied in this thesis concerns electrical tomography. It is based on the measurement of apparent resistivity at the terminals of quadrupoles. A multiplexing allows multiplying the current lines to have a sampling covering the whole cross section. All these data are confronted with a finite element modeling of the electrical conduction in a steady state, using a numerical optimization method based on the Gauss Newton and Levenberg-Marquadt inverse methods. The material used is raw earth, which allows for fast transient water regimes. The experimental set allowed to implement and test the measurements and inversion algorithms on homogeneous and heterogeneous water fields in desorption phase. Thus, the 2D profiles allow, for a given section, to estimate the internal moisture field at any point and to propose a follow-up in time of the water profiles. Inversions on simulated moisture content fields allow to highlight the robustness of the approach before being confronted with real fields., Dans un contexte environnemental qui demande à pérenniser la durée de vie des structures, les gestionnaires d’ouvrages doivent être accompagnés dans la maintenance des ouvrages existants. Des démarches d’inspection périodique et de surveillance d’ouvrage reposent sur le développement de méthodes de contrôle non destructif afin d’avoir un retour, tout au long de la vie des ouvrages, sur des variables clés traduisant l’état mécanique et pathologique des structures. Dans le domaine des matériaux de construction hygroscopique, la surveillance de l’humidité interne demande à développer des outils spécifiques permettant d’identifier les profils hydriques dans les sections structurelles. La méthode étudiée dans ce travail de thèse concerne la tomographie électrique. Elle est basée sur la mesure de résistivité apparente aux bornes de quadripôles. Un multiplexage permet de multiplier les lignes de courant afin d’avoir un échantillonnage recouvrant la totalité d’une section transversale. L’ensemble de ces données est confronté à une modélisation par éléments finis de la conduction électrique en régime établi, et ce, en employant une méthode d’optimisation numérique basée sur les méthodes inverses de Gauss Newton et de Levenberg-Marquadt. Le matériau employé est la terre crue, ce qui permet d’avoir des régimes hydriques transitoires rapides. L’ensemble expérimental a permis de mettre en œuvre et de tester les algorithmes de mesures et d’inversion sur des champs hydriques homogènes et hétérogènes en phase de désorption. Ainsi, les profils 2D permettent, pour une section donnée, d’estimer le champ d’humidité interne en tout point et de proposer ainsi un suivi dans le temps des profils hydriques. Des inversions sur des champs hydriques simulés permettent de mettre en avant la robustesse de la démarche avant d’être confrontée à des champs réels.

National audience; This study proposes a modelling strategy to simulate the heating stage during the production of thermoplastic composite tapes. Impregnation using a slurry powder technique with carbon fibresand PEKK (PolyEther-Ketone-Ketone) requires a heating step, to evaporate the aqueous phase and melt the polymer powder. These phenomenon are highly temperature dependant justifying the need to characterise heat transfer within the IR oven. In the literature, most models refer to clear lamps with Lambertian emission. In this study, tubular lamps with a coating on the back side (i.e. integrated reflector) are used. This integrated reflector greatly modifies the lamps spatial emission, therefor the lamp can no longer be modelled using a cylinder with Lambertian emission. This study proposes an adaptation of the radiosity method to predict spatial emission of the lamp without explicitly accounting for the reflector in terms of radiative exchange. The emission of the lamp was characterised by inverse analysis combining experimental results with numerical simulation using the commercial software –COMSOL Multiphysics®.; Cette étude propose une stratégie de modélisation pour simuler l’étape de chauffage dans le procédé de fabrication de pré-imprégnés thermoplastiques par imprégnation continue en voie aqueuse. Après imprégnation des fibres de carbone par du PEKK (Poly-Ether-Kétone-Kétone) sous forme de poudre, le produit est soumis à une étape de chauffage pour évaporer la phase aqueuse et faire fondre le polymère. Ces phénomènes dépendent fortement de la température, ce qui nécessite une modélisation avancée des transferts de chaleur au sein du four IR.Dans la littérature,la majorité des modèles des fours sont proposés pour des lampes claires à émission Lambertienne.Dans notre cas d’étude, des lampes tubulaires avec un revêtement sur la face arrière (réflecteur intégré) sont utilisées. Ce réflecteur intégré modifie fortement la distribution spatiale de l’émission, la modélisation de la lampe ne peut donc pas être simplement représentée par une émission Lambertienne. Cette étude propose une méthode des radiosités prenant en compte l’émission spatiale de la lampe sans prendre en compte explicitement le réflecteur en termes d’échanges radiatifs.L’émission de la lampe a été caractérisée par analyse inverse en couplant des essais expérimentaux à des simulations numériques utilisant le logiciel commercial–COMSOL Multiphysics®.

Characterizing the behaviour of bituminous materials is essential for the design of pavement structures and to predict their service life more accurately. Indeed, these materials are subjected to complex phenomenon, mechanical, thermal, physical and chemical that are often coupled. Due to the complexity of the phenomenon observed and with the emergence of new materials and new production techniques, advances laboratories studies and rheological modelling are necessary. With the existing methods, it is possible to characterize the materials in laboratories using expensive hydraulic presses. Moreover, most of these tests cannot be used directly on pavement structures. In this thesis, a dynamic test based on wave propagation was developed to characterize bituminous mixtures in the linear viscoelastic domain. It is a nondestructive test, far less expensive than the existing tests and that could be adapted for in situ measurements. Complex methods of inverse analysis of wave propagation in a viscoelastic medium were developed to obtain the thermomechanical properties of bituminous mixtures from the signals measured experimentally. The linear viscoelastic properties of different mixtures obtained from the developed dynamic test were compared to the results of more conventional cyclic tension-compression tests.; La caractérisation du comportement des matériaux bitumineux est primordiale pour pouvoir dimensionner les structures de chaussées, mais aussi pour prédire de manière plus précise leur durée de vie. En effet, ces matériaux sont soumis à des phénomènes complexes, mécaniques, thermiques, physiques et chimiques qui apparaissent souvent de manière couplée. Devant la complexité des problèmes observés et avec l’apparition des nouveaux matériaux et nouvelles techniques de fabrication, des études avancées de laboratoire et des modélisations rhéologiques sont nécessaires. Les méthodes existantes permettent de caractériser les matériaux en laboratoire grâce à l’utilisation de presses hydrauliques très couteuses. De plus, la plupart de ces essais ne sont pas adaptés à une utilisation directe sur chaussées. Dans cette thèse, un essai dynamique qui repose sur le phénomène de propagation d’onde a été développé pour caractériser les enrobés bitumineux dans le domaine viscoélastique linéaire. Il s’agit d’un essai non destructif, bien moins couteux que les essais existants et qui pourrait à terme s’adapter à une utilisation in-situ. Des méthodes complexes d’analyse inverse de propagation d’ondes en milieu viscoélastique ont été mises au point afin d’obtenir les propriétés thermomécaniques des enrobés bitumineux à partir des signaux mesurés expérimentalement. Les propriétés viscoélastiques linéaires de différents enrobés bitumineux déterminées à partir de l’essai dynamique développé ont été comparées aux résultats obtenus avec des essais cycliques plus conventionnels de traction-compression.

The purpose of this research is to go deeper in the development of a modelling platform, which describes multiphase and multi-species transport within cementitious materials. Reinforced concrete (RC) structures can be deteriorated as a result of chloride-induced and/or carbonation-induced corrosion of the steel rebars. The modelling platform deals with the initiation period of this corrosion by predicting the transport of the deleterious agents through the concrete cover. This phenomenon is dependent on the moisture properties of the material and requires the study of the movement of liquid-water and gas-phase transport in the material. The first step of this thesis focuses on chloride ingress within fully water-saturated concretes. The chloride ingress is limited to a coupled diffusion-binding process. Within this framework, several models have been developed and numerous experimental data are available. A benchmark of these models is performed in order to identify the most reliable engineering models. This also contributes to choose the most relevant chloride binding isotherms. A probabilistic analysis of selected models among the benchmark is carried out. A general framework is proposed to calculate a reliability service life for reinforced concrete structures in the case of immersion in seawater. A sensitivity analysis is also performed in order to define the most influencing input data. Results point out the crucial role of the concrete cover, the critical chloride content and, to a lesser extent, the effective chloride diffusion coefficient. The importance of the non linearity of isotherms is also highlighted whereas this property is still not well-known. Several moisture transport models have been developed. The understanding of the numerous physical phenomena involved is still insufficient for cementitious materials. A reliability sensitivity analysis of the multiphasic model and of the model based on Richards equation is performed, considering the drying of concretes. Results point out the importance of defining a relevant water vapour desorption isotherm and, to a lesser extent, the liquid-water permeability, as a function of saturation. Thereafter, this research focuses on the determination of this permeability. This is performed by inverse analysis considering two different experimental tests: the mass loss monitoring during a drying and the monitoring of saturation profiles during an imbibition. The determined values are compared to measurements of gas permeability and to measurements with direct and indirect methods (in particular, Katz-Thompson methods) of liquid water permeability, assessed in the literature. Among the outlooks of sophistication of predictive models dedicated to the carbonation, a more comprehensive description of the transport of species in the gaseous phase has to be proposed. The last chapter of the manuscript deals with this issue, by considering a ternary diffusion process of the gaseous mix along with a simplified description of the chemical carbonation reactions. A theoretical study is carried out in order to highlight the changes induced by the new description of transfers: the profiles of gas pressure (depression) and the profiles of CO2 pressure are modified, which can impact the progress of the carbonation front. Thereafter, a calibration of the model is performed in order to bring the numerical predictions into line with the experimental results of accelerated carbonation tests. A reliability sensitivity analysis is performed considering a carbonation test for external fractions of CO2 ranging from 0.04 % to 50 %, with constant external relative humidity. Results point out the significance of the bulk porosity, of the initial content of C-S-H (high external fractions of CO2) and the external moisture conditions (atmospheric external fractions of CO2). Finally, atmospheric carbonation involving wetting–drying cycles is simulated for two concretes; L’objectif de cette thèse est d’approfondir le développement d’une plateforme de modélisation, qui décrit le transport multi-espèces et multi-phasiques à travers les matériaux cimentaires. Les structures en béton armé peuvent se dégrader en raison de la corrosion des armatures en acier, induite par les chlorures et/ou la carbonatation. La plateforme de modélisation traite principalement de la période d’initiation de cette corrosion par la prédiction du transport des agents délétères à travers le béton d’enrobage. Ces phénomènes sont dépendants des propriétés relatives à l’humidité du matériau et requièrent l’étude des mouvements de l’eau liquide et de la phase gazeuse dans le matériau. La première partie de cette thèse se concentre sur la pénétration des chlorures à travers des bétons saturés. La pénétration des chlorures se limite à un processus couplé de diffusion et de fixation des ions sur la matrice cimentaire. Dans ce cadre, de nombreux modèles ont été développés et de nombreuses données expérimentales sont accessibles. Un benchmark de ces modèles est réalisé, avec pour objectif d’identifier les plus robustes et les plus fiables. Cette étude contribue également à choisir les isothermes de fixation des chlorures les plus pertinentes. Une analyse fiabiliste des modèles sélectionnés précédemment est menée. Un cadre de calcul de la durée de vie fiabiliste du béton armé immergée dans une solution saline est proposé. Une analyse de sensibilité est également réalisée afin de déterminer les données d’entrée du modèle les plus influentes. Les résultats mettent en avant le rôle crucial joué par l’enrobage, la teneur critique en chlorures et le coefficient effectif des chlorures. L’importance de la non-linéarité des isothermes est également soulignée, alors que cette propriété est encore mal maîtrisée. De nombreux modèles de prédiction des transferts d’humidité ont été développés. La compréhension des phénomènes physiques en jeu reste insuffisante pour les matériaux cimentaires. Une analyse de sensibilité fiabiliste du modèle multi-phasiques et de l’équation de Richards est réalisée, en considérant un essai de séchage. Les résultats soulignent l’importance de l’isotherme de désorption de vapeur d’eau et de la perméabilité à l’eau liquide, qui s’écrit comme une fonction de la saturation. Par la suite, les travaux se sont focalisés sur la détermination de cette perméabilité. Celle-ci a été réalisée par analyse inverse des profils de perte de masse lors d’un séchage et des profils de saturation durant une imbibition. Les valeurs déterminées sont comparées aux mesures de perméabilité aux gaz, aux mesures directes et indirectes (notamment Katz-Thompson) de perméabilité à l’eau liquide, reportées dans la littérature. Parmi les pistes d’évolution des modèles de carbonatation, une description plus complète du transport des espèces en phase gazeuse est à proposer. Le dernier chapitre traite de ce point, en considérant une diffusion ternaire du mélange gazeux avec toutefois une description simplifiée des réactions chimiques de carbonatation. Une étude théorique met en évidence les conséquences de la nouvelle description des transferts : les profils de pression de gaz (dépression) et de CO2 sont modifiés, ce qui peut impacter l’avancement de la carbonatation. Par la suite, une calibration a été réalisée afin de mettre en cohérence les prédictions numériques avec des expériences de carbonatation accélérée. Une analyse de sensibilité fiabiliste a été conduite en considérant un essai de carbonatation pour des fractions de CO2 extérieures allant de 0,04 % à 50 %, avec une humidité relative extérieure contrôlée. Les résultats ont montré l’importance de la porosité totale, de la teneur initiale en C-S-H (fraction de CO2 extérieure élevée) et des conditions hydriques extérieures (fraction de CO2 atmosphérique). Enfin, la carbonatation atmosphérique avec la prise en compte de cycles d’humidification-séchage a été simulée pour deux bétons

This PhD thesis aims to develop experimental and numerical tools for the mechanical characterization and the numerical modeling of natural or artificial aortic valve tissues. These tools are intended to be used for the development of new biomimetic polymeric implants. Nowadays, almost 300 000 prosthetic valves are implanted every year worldwide. Two families of prosthetic valves are currently available~: mechanical and biological prostheses. However, both solutions suffer from major drawbacks. In this context, polymeric prostheses represent a promising alternative but currently suffer from insufficient material properties to be suitable for a long--lasting implantation. In this work, an experimental protocol using biaxial tensile tests together with full--field surface measurement and confocal microscopy is proposed. Since numerical simulation is intended to assist the design phase of new implants by predicting their mechanical behavior, a structure and a fluid solver are developed and coupled. Using experimental results, implemented constitutive models are calibrated through an inverse analysis procedure.; L’objectif de cette thèse de doctorat est de développer des outils expérimentaux et numériques pour la caractérisation mécanique et la modélisation des tissus, naturels ou artificiels, de valve aortique. Ces outils sont destinés à être utilisés pour l'élaboration de nouveaux implants biomimétiques en matériaux polymères. Chaque année, près de 300 000 prothèses de valves sont implantées à travers le monde. Ces implants peuvent être de deux types~: mécaniques ou biologiques. Les deux solutions souffrent cependant d'inconvénients majeurs. Dans ce contexte, les prothèses en matériaux polymères représentent une alternative prometteuse même si elles ne disposent pas encore de propriétés mécaniques suffisantes. Dans ce travail, un protocole expérimental combinant essais de traction biaxiale, mesure de champs et microscopie confocale est proposé. La mise au point de nouveaux implants peut aussi largement bénéficier de la modélisation numérique afin d'étudier leur comportement mécanique. Ainsi, un solveur structure et un solveur fluide ont été implémentés et couplés. À partir des résultats expérimentaux, les modèles de comportements ont été calibrés en utilisant une procédure d'analyse inverse.

This PhD thesis aims to develop experimental and numerical tools for the mechanical characterization and the numerical modeling of natural or artificial aortic valve tissues. These tools are intended to be used for the development of new biomimetic polymeric implants. Nowadays, almost 300 000 prosthetic valves are implanted every year worldwide. Two families of prosthetic valves are currently available~: mechanical and biological prostheses. However, both solutions suffer from major drawbacks. In this context, polymeric prostheses represent a promising alternative but currently suffer from insufficient material properties to be suitable for a long--lasting implantation. In this work, an experimental protocol using biaxial tensile tests together with full--field surface measurement and confocal microscopy is proposed. Since numerical simulation is intended to assist the design phase of new implants by predicting their mechanical behavior, a structure and a fluid solver are developed and coupled. Using experimental results, implemented constitutive models are calibrated through an inverse analysis procedure.; L’objectif de cette thèse de doctorat est de développer des outils expérimentaux et numériques pour la caractérisation mécanique et la modélisation des tissus, naturels ou artificiels, de valve aortique. Ces outils sont destinés à être utilisés pour l'élaboration de nouveaux implants biomimétiques en matériaux polymères. Chaque année, près de 300 000 prothèses de valves sont implantées à travers le monde. Ces implants peuvent être de deux types~: mécaniques ou biologiques. Les deux solutions souffrent cependant d'inconvénients majeurs. Dans ce contexte, les prothèses en matériaux polymères représentent une alternative prometteuse même si elles ne disposent pas encore de propriétés mécaniques suffisantes. Dans ce travail, un protocole expérimental combinant essais de traction biaxiale, mesure de champs et microscopie confocale est proposé. La mise au point de nouveaux implants peut aussi largement bénéficier de la modélisation numérique afin d'étudier leur comportement mécanique. Ainsi, un solveur structure et un solveur fluide ont été implémentés et couplés. À partir des résultats expérimentaux, les modèles de comportements ont été calibrés en utilisant une procédure d'analyse inverse.

International audience; L’augmentation des températures de fonctionnement des modules de puissance utilisés en aéronautique implique l’amélioration de la tenue des joints entre les différents composants. Les nano- pâtes d’argent fritté sont une solution particulièrement intéressante compte tenu de leur température de fusion élevée. Toutefois, leurs caractéristiques thermomécaniques sont fortement dépendantes de la porosité associée aux paramètres du procédé de frittage. Cette étude a pour but d’améliorer les conditions de frittage et d’identifier les paramètres du comportement thermomécanique du joint fritté obtenu.

The purpose of this research is to go deeper in the development of a modelling platform, which describes multiphase and multi-species transport within cementitious materials. Reinforced concrete (RC) structures can be deteriorated as a result of chloride-induced and/or carbonation-induced corrosion of the steel rebars. The modelling platform deals with the initiation period of this corrosion by predicting the transport of the deleterious agents through the concrete cover. This phenomenon is dependent on the moisture properties of the material and requires the study of the movement of liquid-water and gas-phase transport in the material. The first step of this thesis focuses on chloride ingress within fully water-saturated concretes. The chloride ingress is limited to a coupled diffusion-binding process. Within this framework, several models have been developed and numerous experimental data are available. A benchmark of these models is performed in order to identify the most reliable engineering models. This also contributes to choose the most relevant chloride binding isotherms. A probabilistic analysis of selected models among the benchmark is carried out. A general framework is proposed to calculate a reliability service life for reinforced concrete structures in the case of immersion in seawater. A sensitivity analysis is also performed in order to define the most influencing input data. Results point out the crucial role of the concrete cover, the critical chloride content and, to a lesser extent, the effective chloride diffusion coefficient. The importance of the non linearity of isotherms is also highlighted whereas this property is still not well-known. Several moisture transport models have been developed. The understanding of the numerous physical phenomena involved is still insufficient for cementitious materials. A reliability sensitivity analysis of the multiphasic model and of the model based on Richards equation is performed, considering the drying of concretes. Results point out the importance of defining a relevant water vapour desorption isotherm and, to a lesser extent, the liquid-water permeability, as a function of saturation. Thereafter, this research focuses on the determination of this permeability. This is performed by inverse analysis considering two different experimental tests: the mass loss monitoring during a drying and the monitoring of saturation profiles during an imbibition. The determined values are compared to measurements of gas permeability and to measurements with direct and indirect methods (in particular, Katz-Thompson methods) of liquid water permeability, assessed in the literature. Among the outlooks of sophistication of predictive models dedicated to the carbonation, a more comprehensive description of the transport of species in the gaseous phase has to be proposed. The last chapter of the manuscript deals with this issue, by considering a ternary diffusion process of the gaseous mix along with a simplified description of the chemical carbonation reactions. A theoretical study is carried out in order to highlight the changes induced by the new description of transfers: the profiles of gas pressure (depression) and the profiles of CO2 pressure are modified, which can impact the progress of the carbonation front. Thereafter, a calibration of the model is performed in order to bring the numerical predictions into line with the experimental results of accelerated carbonation tests. A reliability sensitivity analysis is performed considering a carbonation test for external fractions of CO2 ranging from 0.04 % to 50 %, with constant external relative humidity. Results point out the significance of the bulk porosity, of the initial content of C-S-H (high external fractions of CO2) and the external moisture conditions (atmospheric external fractions of CO2). Finally, atmospheric carbonation involving wetting–drying cycles is simulated for two concretes, L’objectif de cette thèse est d’approfondir le développement d’une plateforme de modélisation, qui décrit le transport multi-espèces et multi-phasiques à travers les matériaux cimentaires. Les structures en béton armé peuvent se dégrader en raison de la corrosion des armatures en acier, induite par les chlorures et/ou la carbonatation. La plateforme de modélisation traite principalement de la période d’initiation de cette corrosion par la prédiction du transport des agents délétères à travers le béton d’enrobage. Ces phénomènes sont dépendants des propriétés relatives à l’humidité du matériau et requièrent l’étude des mouvements de l’eau liquide et de la phase gazeuse dans le matériau. La première partie de cette thèse se concentre sur la pénétration des chlorures à travers des bétons saturés. La pénétration des chlorures se limite à un processus couplé de diffusion et de fixation des ions sur la matrice cimentaire. Dans ce cadre, de nombreux modèles ont été développés et de nombreuses données expérimentales sont accessibles. Un benchmark de ces modèles est réalisé, avec pour objectif d’identifier les plus robustes et les plus fiables. Cette étude contribue également à choisir les isothermes de fixation des chlorures les plus pertinentes. Une analyse fiabiliste des modèles sélectionnés précédemment est menée. Un cadre de calcul de la durée de vie fiabiliste du béton armé immergée dans une solution saline est proposé. Une analyse de sensibilité est également réalisée afin de déterminer les données d’entrée du modèle les plus influentes. Les résultats mettent en avant le rôle crucial joué par l’enrobage, la teneur critique en chlorures et le coefficient effectif des chlorures. L’importance de la non-linéarité des isothermes est également soulignée, alors que cette propriété est encore mal maîtrisée. De nombreux modèles de prédiction des transferts d’humidité ont été développés. La compréhension des phénomènes physiques en jeu reste insuffisante pour les matériaux cimentaires. Une analyse de sensibilité fiabiliste du modèle multi-phasiques et de l’équation de Richards est réalisée, en considérant un essai de séchage. Les résultats soulignent l’importance de l’isotherme de désorption de vapeur d’eau et de la perméabilité à l’eau liquide, qui s’écrit comme une fonction de la saturation. Par la suite, les travaux se sont focalisés sur la détermination de cette perméabilité. Celle-ci a été réalisée par analyse inverse des profils de perte de masse lors d’un séchage et des profils de saturation durant une imbibition. Les valeurs déterminées sont comparées aux mesures de perméabilité aux gaz, aux mesures directes et indirectes (notamment Katz-Thompson) de perméabilité à l’eau liquide, reportées dans la littérature. Parmi les pistes d’évolution des modèles de carbonatation, une description plus complète du transport des espèces en phase gazeuse est à proposer. Le dernier chapitre traite de ce point, en considérant une diffusion ternaire du mélange gazeux avec toutefois une description simplifiée des réactions chimiques de carbonatation. Une étude théorique met en évidence les conséquences de la nouvelle description des transferts : les profils de pression de gaz (dépression) et de CO2 sont modifiés, ce qui peut impacter l’avancement de la carbonatation. Par la suite, une calibration a été réalisée afin de mettre en cohérence les prédictions numériques avec des expériences de carbonatation accélérée. Une analyse de sensibilité fiabiliste a été conduite en considérant un essai de carbonatation pour des fractions de CO2 extérieures allant de 0,04 % à 50 %, avec une humidité relative extérieure contrôlée. Les résultats ont montré l’importance de la porosité totale, de la teneur initiale en C-S-H (fraction de CO2 extérieure élevée) et des conditions hydriques extérieures (fraction de CO2 atmosphérique). Enfin, la carbonatation atmosphérique avec la prise en compte de cycles d’humidification-séchage a été simulée pour deux bétons

The motion and deformation of a liquid-filled classic microcapsule flowing in microchannels is investigated bath experimentally and numerically. The flow of capsules into a straight microfluidic channel with a square cross-section is firstly studied. The objective is to develop a method to determine the mechanical properties of the capsule membrane from its hydrodynamic deformation. A method of identification has been devised to compare the particle deformed shape measured experimentally in the microchannels to the ones predicted by a three-dimensional numerical model for the same configuration. The precision and robustness of the inverse analysis algorithm have been tested when the microfluidic channels slightly depart from pure squareness. We have finally applied the method on microcapsules with a membrane made of reticulated albumin and determined their rnechanical properties. A Proper Orthogonal Decomposition (POD) has then been applied to the shapes assumed by the capsules while flowing in either a straight or bi­ furcated channel. Using numerical data in a straight channel, we have determined the dimension of the capsule shape variety. We have then interpolated the coefficients resulting from the POD analysis to compute the capsule deformed shape at any time for any flow parameter. Capsules have finally been investigated flowing in a bifurcated microchannel. Qualitative results of the motion and deformation of capsules in such channel have been obtained. A semi-automatic contour detection program has been developed to improve the image analysis. The POD method has been applied to the experimental results, thus proving the feasibility of building a reduced-order model of the phenomenon by using a POD reduced basis.; Nous étudions la déformation d'une capsule dans un canal microftuidique expérimentalement et numériquement. L'écoulement des rnicrocapsules est d'abord étudié numériquement dans un canal droit à section carrée. L'objectif est de développer une méthode de caractérisation des propriétés mécaniques de la membrane des capsules, à partir de leur déformation dans le canal. Nous avons mis en place une méthode d’identification afin de comparer la déformation des capsules observée expérimentalement et celle prédite par un modèle numérique tridimensionnel correspondant. La précision et la robustesse de l'algorithme d'analyse inverse ont été étudiées en faisant varier légèrement la géométrie des canaux. Finalement, la méthode a été utilisée afin de déterminer les propriétés mécaniques de rnicrocapsules dont la membrane est faite d’albumine réticulée. Nous avons ensuite appliqué une méthode de décomposition orthogonale aux valeurs propres (POD) aux formes prises par les capsules lors de leur passage dans un canal droit ou bifurqué. Des données numériques ont d 'abord été utilisées afin de déterminer la dimension de la variété des formes prises par une capsule dans un canal droit. La base POD ainsi construite a été utilisée pour interpoler les formes et obtenir la déformation d'une capsule à tous les temps, et pour tout paramètre d’écoulement. Nous avons également étudié expérimentalement les microcapsules lors de leur déformation dans un canal bifurqué. Nous avons ainsi obtenu les premiers résultats qualitatifs pour cette configuration. Nous avons développé un programme de détection de contour semi-automatique afin de faciliter le traitement d’image. Enfin, nous avons appliqué la méthode POD sur ces contours 2D réalistes et ainsi démontré la faisabilité d'utiliser une base réduite POD pour décrire la déformation de capsules clans un canal bifurqué.

In this thesis, a method is developed to analyse the residual topographies obtained by Berkovich nanoindentation tests on three face-centered cubic (FCC) polycrystalline nickel samples. The purpose is to measure the information richness of imprints for identifying all or part of parameters of a single crystal plasticity law. The experimental part consists in creating a residual topography database by atomic force microscopy (AFM) measurements on the samples. Pile-up distributions and sizes are largely sensitive to the indenter/grain relative orientation and the hardening rate. The topographies are true “fingerprints” of the plasticity mechanism at the grain scale. A 3D finite element (FE) modelling of nanoindentation test is developed using the code ZeBuLon and making use of the Méric-Cailletaud law. Numerical results show a good agreement with experimental observations and are largely sensitive to the indenter/grain relative orientation and the plastic parameters, including the interaction matrix coefficient specifying the interaction between dislocations on different slip systems. To measure the imprint information content, an identifiability index is proposed. Its calculation is based on the multicollinearity among the sensitivity vectors of topographies to the law parameters. According to the considered topographies, it measures if the numerical model updating problem is ill-posed. The results show that four to five parameters of the Méric-Cailletaud law can be identified by considering two topographies. This work paves the way for identifying the material behaviour at the grain scale using parametric identifiability.; Une méthode d’analyse des topographies résiduelles, obtenues par essais de nanoindentation Berkovich sur trois échantillons de nickel polycristallins cubiques à faces centrées (CFC), a été développée dans cette thèse. L’objectif de la méthode est d’évaluer la richesse de l’information contenue dans les empreintes pour l’identification de tout ou partie des paramètres d’une loi de plasticité monocristalline. La création d’une base de données de topographies résiduelles, mesurées par microscopie à force atomique (AFM), constitue la partie expérimentale du travail. Les distributions et dimensions de bourrelets montrent une grande sensibilité à l’orientation relative indenteur/grain et au taux d’écrouissage. Les topographies obtenues s’avèrent être de véritables « empreintes digitales » du mécanisme de plasticité à l’échelle du grain. L’élaboration sous le code ZéBuLon d’un modèle éléments finis (EF) 3D de l’essai de nanoindentation Berkovich, intégrant la loi de Méric-Cailletaud, permet de retrouver les observations expérimentales. Une étude numérique confirme la sensibilité de la topographie à l’orientation relative indenteur/grain et aux paramètres plastiques, notamment aux coefficients de la matrice d’interaction des dislocations présentes sur les systèmes de glissement. Afin d’évaluer la richesse du contenu informatif des empreintes, un indice d’identifiabilité est proposé. Son calcul est basé sur la multi-colinéarité des vecteurs de sensibilité des topographies résiduelles aux paramètres de la loi. Il permet de quantifier, en fonction des données topographiques prises en compte, le caractère mal posé du problème d’identification paramétrique. Les résultats obtenus montrent que l’identification de quatre à cinq paramètres de la loi de Méric-Cailletaud est envisageable en exploitant seulement deux empreintes. Ces travaux ouvrent la voie à l’identification du comportement à l’échelle du cristal, guidée par l’identifiabilité paramétrique.

In this thesis, a method is developed to analyse the residual topographies obtained by Berkovich nanoindentation tests on three face-centered cubic (FCC) polycrystalline nickel samples. The purpose is to measure the information richness of imprints for identifying all or part of parameters of a single crystal plasticity law. The experimental part consists in creating a residual topography database by atomic force microscopy (AFM) measurements on the samples. Pile-up distributions and sizes are largely sensitive to the indenter/grain relative orientation and the hardening rate. The topographies are true “fingerprints” of the plasticity mechanism at the grain scale. A 3D finite element (FE) modelling of nanoindentation test is developed using the code ZeBuLon and making use of the Méric-Cailletaud law. Numerical results show a good agreement with experimental observations and are largely sensitive to the indenter/grain relative orientation and the plastic parameters, including the interaction matrix coefficient specifying the interaction between dislocations on different slip systems. To measure the imprint information content, an identifiability index is proposed. Its calculation is based on the multicollinearity among the sensitivity vectors of topographies to the law parameters. According to the considered topographies, it measures if the numerical model updating problem is ill-posed. The results show that four to five parameters of the Méric-Cailletaud law can be identified by considering two topographies. This work paves the way for identifying the material behaviour at the grain scale using parametric identifiability; Une méthode d’analyse des topographies résiduelles, obtenues par essais de nanoindentation Berkovich sur trois échantillons de nickel polycristallins cubiques à faces entrées (CFC), a été développée dans cette thèse. L’objectif de la méthode est d’évaluer la richesse de l’information contenue dans les empreintes pour l’identification de tout ou partie des paramètres d’une loi de plasticité monocristalline. La création d’une base de données de topographies résiduelles, mesurées par microscopie à force atomique (AFM), constitue la partie expérimentale du travail. Les distributions et dimensions de bourrelets montrent une grande sensibilité à l’orientation relative indenteur/grain et au taux d’écrouissage. Les topographies obtenues s’avèrent être de véritables « empreintes digitales » du mécanisme de plasticité à l’échelle du grain. L’élaboration sous le code ZéBuLon d’un modèle éléments finis (EF) 3D de l’essai de nanoindentation Berkovich, intégrant la loi de Méric-Cailletaud, permet de retrouver les observations expérimentales. Une étude numérique confirme la sensibilité de la topographie à l’orientation relative indenteur/grain et aux paramètres plastiques, notamment aux coefficients de la matrice d’interaction des dislocations présentes sur les systèmes de glissement. Afin d’évaluer la richesse du contenu informatif des empreintes, un indice d’identifiabilité est proposé. Son calcul est basé sur la multi-colinéarité des vecteurs de sensibilité des topographies résiduelles aux paramètres de la loi. Il permet de quantifier, en fonction des données topographiques prises en compte, le caractère mal posé du problème d’identification paramétrique. Les résultats obtenus montrent que l’identification de quatre à cinq paramètres de la loi de Méric-Cailletaud est envisageable en exploitant seulement deux empreintes. Ces travaux ouvrent la voie à l’identification du comportement à l’échelle du cristal, guidée par l’identifiabilité paramétrique.

In this thesis, a method is developed to analyse the residual topographies obtained by Berkovich nanoindentation tests on three face-centered cubic (FCC) polycrystalline nickel samples. The purpose is to measure the information richness of imprints for identifying all or part of parameters of a single crystal plasticity law. The experimental part consists in creating a residual topography database by atomic force microscopy (AFM) measurements on the samples. Pile-up distributions and sizes are largely sensitive to the indenter/grain relative orientation and the hardening rate. The topographies are true “fingerprints” of the plasticity mechanism at the grain scale. A 3D finite element (FE) modelling of nanoindentation test is developed using the code ZeBuLon and making use of the Méric-Cailletaud law. Numerical results show a good agreement with experimental observations and are largely sensitive to the indenter/grain relative orientation and the plastic parameters, including the interaction matrix coefficient specifying the interaction between dislocations on different slip systems. To measure the imprint information content, an identifiability index is proposed. Its calculation is based on the multicollinearity among the sensitivity vectors of topographies to the law parameters. According to the considered topographies, it measures if the numerical model updating problem is ill-posed. The results show that four to five parameters of the Méric-Cailletaud law can be identified by considering two topographies. This work paves the way for identifying the material behaviour at the grain scale using parametric identifiability; Une méthode d’analyse des topographies résiduelles, obtenues par essais de nanoindentation Berkovich sur trois échantillons de nickel polycristallins cubiques à faces entrées (CFC), a été développée dans cette thèse. L’objectif de la méthode est d’évaluer la richesse de l’information contenue dans les empreintes pour l’identification de tout ou partie des paramètres d’une loi de plasticité monocristalline. La création d’une base de données de topographies résiduelles, mesurées par microscopie à force atomique (AFM), constitue la partie expérimentale du travail. Les distributions et dimensions de bourrelets montrent une grande sensibilité à l’orientation relative indenteur/grain et au taux d’écrouissage. Les topographies obtenues s’avèrent être de véritables « empreintes digitales » du mécanisme de plasticité à l’échelle du grain. L’élaboration sous le code ZéBuLon d’un modèle éléments finis (EF) 3D de l’essai de nanoindentation Berkovich, intégrant la loi de Méric-Cailletaud, permet de retrouver les observations expérimentales. Une étude numérique confirme la sensibilité de la topographie à l’orientation relative indenteur/grain et aux paramètres plastiques, notamment aux coefficients de la matrice d’interaction des dislocations présentes sur les systèmes de glissement. Afin d’évaluer la richesse du contenu informatif des empreintes, un indice d’identifiabilité est proposé. Son calcul est basé sur la multi-colinéarité des vecteurs de sensibilité des topographies résiduelles aux paramètres de la loi. Il permet de quantifier, en fonction des données topographiques prises en compte, le caractère mal posé du problème d’identification paramétrique. Les résultats obtenus montrent que l’identification de quatre à cinq paramètres de la loi de Méric-Cailletaud est envisageable en exploitant seulement deux empreintes. Ces travaux ouvrent la voie à l’identification du comportement à l’échelle du cristal, guidée par l’identifiabilité paramétrique.

National audience; Modélisation à l’échelle de l’organe : enjeux et verrous.

Colloque avec actes et comité de lecture. Internationale.; International audience; L'essai d'indentation est une technique quasi-non destructive qui présente l'avantage de pouvoir être appliqué sur un échantillon de forme simple et non normalisée. Cependant cette mesure des propriétés locales nécessite un contact évoluant entre l'échantillon et l'indenteur qu'il convient de mesurer précisément alors que la relation force appliquée - profondeur de pénétration est difficilement reliée analytiquement à la loi constitutive.Nous proposons un recours à une méthode d'analyse inverse via une stratégie d'optimisation (SO) pour automatiser la recherche des paramètres des lois mécaniques implémentées dans un calcul en éléments finis (EF). La base de données expérimentale comprend des réponses mécaniques en indentation instrumentée à l'aide d'indenteur sphérique pour quelques matériaux métalliques. Une démarche d'optimisation de type Monte Carlo avec un critère restrictif est utilisée pour obtenir les propriétés mécanique déterminées habituellement par un essai de traction. Le couplage EF-SO s'est avéré efficace et incontournable pour prédire le comportement des matériaux quand il s'agit d'un essai local.

National audience; La mise en forme de tôles métalliques met en jeu des phénomènes complexes qui dépendent de nombreux paramètres comme la géométrie des outils, leur température, leur vitesse, … . La simulation numérique est donc un outil intéressant facilitant l’optimisation des gammes de fabrication par la réalisation d’études paramétriques plus rapides et moins coûteuses. Néanmoins, le recours à la simulation numérique nécessite une connaissance précise du comportement élasto-viscoplastique des matériaux constituant les tôles métalliques, comportement généralement déterminé à partir d’essais de traction uniaxiaux. Or, pendant une opération de mise en forme, les tôles sont le plus souvent soumises à des sollicitations biaxiales qui conduisent de plus à des niveaux de déformation bien supérieurs à ceux atteints lors d’un simple essai de traction. De plus, suivant le procédé considéré, des vitesses de déformation dites « intermédiaires » peuvent être atteintes (de l’ordre de quelques dizaines de s-1).L’objectif principal de ce travail est de proposer l’identification du comportement élasto-viscoplastique de tôles métalliques pour des niveaux de déformation et des états de chargements biaxiaux correspondant à ceux réellement rencontrés dans les procédés de mise en forme. Pour cela, un essai rhéologique original de traction biaxiale dynamique permettant d’atteindre des niveaux de déformation de l’ordre de 50s-1 est proposé. Le dispositif expérimental repose sur l’utilisation d’une machine d’essai servo-hydraulique comportant quatre vérins dynamiques indépendants. La principale difficulté réside dans le choix de la forme de l’éprouvette qui, à ce jour, n’est pas standardisée.A partir d’une étude paramétrique basée sur des simulations éléments finis de l’essai de traction biaxiale, une forme dédiée d’éprouvette en croix a été définie. La forme optimale retenue permet d’atteindre des niveaux de déformation plastique équivalente de l’ordre de 40%. Une base expérimentale constituée des mesures d’effort sur les deux axes de l’éprouvette et d’une mesure locale des déformations au centre de l’éprouvette a été établie pour un alliage d’aluminium 5086. Les champs de déformations dans la zone centrale de l’éprouvette sont obtenus par la technique de corrélation d’images. L’identification des paramètres de la loi d’écrouissage isotrope du matériau est ensuite réalisée à partir d’une procédure inverse d’optimisation basée sur une minimisation de l’écart entre les grandeurs expérimentales et simulées des déformations au centre de l’éprouvette.

Thèse rédigée en co-tutelle avec l'Université de Ouagadougou (Burkina-Faso); The study presented in this thesis focuses on an experimental/numerical analysis of physical properties (densities, porosity, particle size distribution) and hydrodynamic properties (desorption isotherm, soil-water characteristic curve, saturated and unsaturated permeabilities) of an arid soil from Burkina Faso and numerical simulation of water flow. The flow model is addressed through thermodynamic approach which provides a general framework to describe both the water state in the soil and the transport mechanisms : filtration of liquid, water vapor diffusion, liquid/vapor phase change. Experimental attempts of water flow in soil columns, sealed and placed into a controlled temperature chamber, have established the evolution of water content profiles over time. The experimental configuration is chosen so that only the water liquid phase filtration is taken into account. These experimental profiles were used to estimate, by inverse approach, the unsaturated permeability of soils at low water contents. Consideration of film flows in the relative permeability modelling corrects the shortcomings of capillary bundle models used to describe water flow from saturation to oven-dryness. The coefficients of phase change near and far from equilibrium modeled from experimental results prove non-equilibrium liquid/gas existence. It appears that the liquid/gas non-equilibrium at low water content is more pronounced with the capillary model with a frank drying front at the soil surface. Consideration of film flows extends liquid phase filtration into the soil until the hygroscopic state with a liquid water flux maintained at the soil surface for longer times.; L'étude présentée dans cette thèse porte sur une analyse expérimentale et/ou une modélisation numérique des propriétés physiques (densités, porosité, granulométrie) et hydrodynamiques (isotherme de désorption, courbe caractéristique sol-eau, perméabilité à saturation, perméabilité non-saturée) d'un sol type aride du Burkina Faso et une simulation numérique des transferts d'eau. La modélisation des transferts est abordée par une approche thermodynamique qui constitue un cadre général pour décrire à la fois l'état de l'eau dans le sol et les mécanismes de transferts mis en jeu : la filtration de la phase liquide, la diffusion de la vapeur d'eau, le changement de phase liquide-vapeur. Des essais expérimentaux de transferts d'eau dans des colonnes de sol hermétiquement fermées et placées dans une enceinte régulée en température, ont permis d'établir l'évolution des profils de teneur en eau au cours du temps. La configuration expérimentale est choisie de sorte que seule la filtration de la phase liquide de l'eau dans le sol soit présente. Les profils expérimentaux ont servi à l'estimation par approche inverse de la perméabilité non-saturée dans les faibles teneurs en eau. Il ressort de cette étude que la prise en compte des écoulements par films dans la modélisation du coefficient de perméabilité relative permet de modéliser correctement, i.e. aussi bien qualitativement que quantitativement, la filtration de la phase liquide dans les sols à faible teneur en eau. Les coefficients de changement de phase proche et loin de l'équilibre modélisés à partir de résultats expérimentaux ont permis de mettre mise en évidence le non-équilibre liquide/gaz dans les transferts aux faibles teneurs en eau. Le non-équilibre dans les transferts aux faibles teneurs en eau est plus marqué avec un modèle capillaire avec un front de séchage plus franc à la surface. La prise en compte des écoulements par films prolonge la filtration de la phase liquide de l'eau jusqu'à l'état hygroscopique du sol avec un flux d'eau liquide maintenu à la surface du sol jusqu'à des temps plus longs.

Colloque avec actes et comité de lecture. Internationale.; International audience; Le phénomène de localisation de la déformation est courant dans les géomatériaux. Il est présent dans des structures ou sites en service et peut y jouer un rôle crucial (influence sur les propriétés mécaniques, sur les propriétés de transfert). On peut citer par exemple les problématiques liées aux réservoirs naturels, aux stockages de déchets en profondeur. Il mérite en cela que l’on soit en mesure de le modéliser explicitement. La modélisation numérique de la localisation avec des modèles classiques est confrontée à des problèmes d’objectivité (dépendance au maillage). Une manière d’éviter cet écueil est l’utilisation de modèles continus enrichis qui permettent de régulariser le problème. Nous travaillons ici dans un formalisme de milieux de second gradient local (Germain 1973, Chambon 2001). Une nouvelle problématique se pose alors quant à la manière d’identifier les paramètres constitutifs des lois écrites dans ce formalisme, sachant que certains des paramètres n’ont de rôle qu’en présence d’une hétérogénéité substantielle de la déformation. L’étude proposée ici porte sur l’identification d’une loi de comportement en s’appuyant sur des résultats expérimentaux d’essais mécaniques sur une roche, menés en régime localisé, et caractérisés à l’aide de mesures de champs cinématiques. Dans un premier temps, nous ferons état des observables tirés des expériences que nous utilisons pour identifier la loi : réponse mécanique, nombre, largeur et orientation des bandes, dépendance vis-à-vis de la contrainte moyenne. Dans un second temps, nous exposons la méthode d’identification basée sur, d’une part la réponse homogène des essais, d’autre part la réponse localisée. Nous présentons une étude exhaustive de sensibilité vis-à-vis des observables sélectionnés. A partir de ce stade, l’optimisation des paramètres peut être conduite pour satisfaire au mieux les critères d’identification. L’objectif à terme des travaux vise à mettre en place une méthode d’analyse inverse pour identifier nos lois constitutives enrichies

FRAMCOS 08 - VIII International Conference on Fracture Mechanics of Concrete and Concrete Structures, TOLEDO, ESPAGNE, 10-/03/2013 - 14/03/2013; The tensile stress-strain response of Ultra-High Performance Fibre Reinforced Concrete (UHPFRC) is a basic constitutive property, and reliable knowledge of this response is necessary for appropriate application of the tensile-carrying capacity of such advanced cement materials. Reference tests methods like direct tensile tests which aim at assessing this property, have found limited application due to their complexity and their impracticality when considered in terms of a commercial testing environment. Thus, flexural tests, whose implementation is easier, represent an interesting alternative. Nevertheless these methods provide indirect information and need to be complemented by inverse analysis in order to obtain the tensile behaviour of tested materials. A joint research effort recently completed by the U.S. Federal Highway Administration and the French IFSTTAR (formerly LCPC) has succeeded in further investigating the field of flexure testing and subsequent analysis. Bending tests have been carried out on multiple UHPC-class materials with different instrumentations. New proposed analytical inverse analysis have been tested and discussed. This paper will detail these recent advances.

The ability of most eukaryotic cells to crawl is essential for embryogenesis, immune response and wound healing while functional abnormalities of crawling can provoke different diseases including cancer. Artificial biomimetic machines mimicking eukaryotic cells are of interests as prototypes of versatile engineering devices operating autonomously at a nano-scale. A prototypical scheme of cell motility includes polymerization of actin network coupled with dynamic assembly of focal adhesions, myosin-driven contraction and, finally, the detachment of adhesive contacts followed by de-polymerization which closes the treadmilling cycle. The motor part of an eukaryotic cell is a layer of an active gel whose functions are controlled by complex chemical and mechanical processes. In particular, the coordinated movements of this gel resulting in crawling involve spatial and temporal self-organization at the cytoskeletal level and require a continuous supply of energy. While the molecular and biochemical basis of cell motility is basically known, the qualitative understanding of the mechanical interplay between different active components is still limited despite many recent attempts to construct comprehensive mathematical models. This manuscript aims at presenting an analysis of a simple and one dimensional model accounting for cell crawling. The first chapter is dedicated to optimization of speed and mechanical efficiency of crawling. Our analysis shows that the obtained optimal distribution of contractile stresses and the optimal friction distribution are in good agreement with the observed distributions. In the second chapter, we propose a mechanism of cell motility which places emphasis on contraction while ignoring actin treadmilling. At the basis of the model is contraction driven uphill diffusion destabilizing symmetric configuration and causing polarization. The morphological instability is due to spontaneous internal motion of the cytoskeleton which is generated by active cross-linkers and simultaneously transports them. By studying the simplest one dimensional problem we show that such internal flow can generate steady propulsion of a finite cell body. The model exhibits motility initiation patterns similar to the ones observed in experiments. In the last chapter we focus on actin treadmilling-based motility which allows the cell not only to self-propel but also exert forces on obstacles (to push) and carry cargoes (to pull). We use a minimal one dimensional model of the crawling cell to show that the pushing dominated force-velocity relation is controlled by the protrusion mechanism. Instead, the pulling dominated force-velocity relation is controlled by the protrusion mechanism only at small values of the force which is replaced by the contraction mechanism at sufficiently large forces.; Le rampement est un mode de locomotion fondamental de nombreuses cellules eucaryotes, engagé dans des mécanismes aussi importants que embryogenèse, la réponse immunitaire et la cicatrisation. Son dérèglement provoque de graves maladies, en particulier des cancers. La compréhension mécanique de ce mode de locomotion présente également un grand intérêt pour la confection de robots opérant à l'échelle cellulaire. Le schéma classique du rampement cellulaire met en jeu la polymérisation du réseau d'actine dans la partie frontale de la cellule couplée avec l'activation des points d'adhésion focaux liant la cellule à son substrat, alors que la partie postérieure de la cellule se détache du substrat sous l'effet de la contraction engendrée par les molécules de myosine. De manière simplifiée, on peut voir la partie motrice d'une cellule eucaryote comme un gel actif dont les fonctions sont contrôlées par des processus chimiques et mécaniques. En particulier, les mouvements coordonnés de ce gel engendrant le rampement impliquent une auto organisation spatiale et temporelle du cytosquelette et demandent un apport continu d'énergie. Si les bases biochimiques de la motilité cellulaire sont connues, la compréhension qualitative des interactions mécaniques entre les différents acteurs rentrant en jeu dans le rampement n'est que très limitée, et ce malgré les récents efforts visant à construire des modèles complets et exhaustifs du phénomène. Cette thèse présente l'analyse d'un modèle simple et unidimensionnel expliquant le rampement cellulaire. La première partie de la thèse est dédiée à l'analyse inverse du problème d'optimisation en vitesse et en efficacité mécanique du rampement. Notre analyse montre que les distributions optimales de contraintes contractiles et de friction avec le substrat sont en bonnes accord avec les distributions observées. Dans une seconde partie, nous proposons un mécanisme de motilité cellulaire spontanée centré sur la contraction et ignorant la polymérisation et la dépolymérisation de l'actine. A l'origine de la polarisation, l'anti-diffusion auto amplifiée des moteurs pilotant la contraction déstabilise la configuration initialement symétrique de la cellule. L'apparition de cette instabilité morphologique est pilotée par le ratio entre la diffusion et la contractilité des moteurs générant un flot convergent qui, lui-même, transporte les moteurs. Par l'étude unidimensionnelle du phénomène, nous montrons que le flot ainsi produit peut générer un mouvement de translation de la cellule qui reproduit des observations concernant la motilité spontanée des fragments de keratocytes. La troisième partie de la thèse concerne la motilité cellulaire basée sur les propriétés de polymérisation et de dépolymérisation active de l'actine qui permettent non seulement l'autopropulsion de la cellule mais aussi le mécanisme de poussée (d'obstacles) et de tirée (de noyau cellulaire par exemple) de charges données . Nous utilisons un modèle minimaliste pour montrer que la relation force-vitesse dans le cas de la poussée est essentiellement réminiscente du mécanisme de protrusion piloté par la polymérisation alors que la relation force-vitesse du tirage d'une charge ne repose sur le mécanisme de protrusion que pour des charges faibles, le mécanisme de contraction prenant le relais pour des charges plus grandes.

The ability of most eukaryotic cells to crawl is essential for embryogenesis, immune response and wound healing while functional abnormalities of crawling can provoke different diseases including cancer. Artificial biomimetic machines mimicking eukaryotic cells are of interests as prototypes of versatile engineering devices operating autonomously at a nano-scale. A prototypical scheme of cell motility includes polymerization of actin network coupled with dynamic assembly of focal adhesions, myosin-driven contraction and, finally, the detachment of adhesive contacts followed by de-polymerization which closes the treadmilling cycle. The motor part of an eukaryotic cell is a layer of an active gel whose functions are controlled by complex chemical and mechanical processes. In particular, the coordinated movements of this gel resulting in crawling involve spatial and temporal self-organization at the cytoskeletal level and require a continuous supply of energy. While the molecular and biochemical basis of cell motility is basically known, the qualitative understanding of the mechanical interplay between different active components is still limited despite many recent attempts to construct comprehensive mathematical models. This manuscript aims at presenting an analysis of a simple and one dimensional model accounting for cell crawling. The first chapter is dedicated to optimization of speed and mechanical efficiency of crawling. Our analysis shows that the obtained optimal distribution of contractile stresses and the optimal friction distribution are in good agreement with the observed distributions. In the second chapter, we propose a mechanism of cell motility which places emphasis on contraction while ignoring actin treadmilling. At the basis of the model is contraction driven uphill diffusion destabilizing symmetric configuration and causing polarization. The morphological instability is due to spontaneous internal motion of the cytoskeleton which is generated by active cross-linkers and simultaneously transports them. By studying the simplest one dimensional problem we show that such internal flow can generate steady propulsion of a finite cell body. The model exhibits motility initiation patterns similar to the ones observed in experiments. In the last chapter we focus on actin treadmilling-based motility which allows the cell not only to self-propel but also exert forces on obstacles (to push) and carry cargoes (to pull). We use a minimal one dimensional model of the crawling cell to show that the pushing dominated force-velocity relation is controlled by the protrusion mechanism. Instead, the pulling dominated force-velocity relation is controlled by the protrusion mechanism only at small values of the force which is replaced by the contraction mechanism at sufficiently large forces.; Le rampement est un mode de locomotion fondamental de nombreuses cellules eucaryotes, engagé dans des mécanismes aussi importants que embryogenèse, la réponse immunitaire et la cicatrisation. Son dérèglement provoque de graves maladies, en particulier des cancers. La compréhension mécanique de ce mode de locomotion présente également un grand intérêt pour la confection de robots opérant à l'échelle cellulaire. Le schéma classique du rampement cellulaire met en jeu la polymérisation du réseau d'actine dans la partie frontale de la cellule couplée avec l'activation des points d'adhésion focaux liant la cellule à son substrat, alors que la partie postérieure de la cellule se détache du substrat sous l'effet de la contraction engendrée par les molécules de myosine. De manière simplifiée, on peut voir la partie motrice d'une cellule eucaryote comme un gel actif dont les fonctions sont contrôlées par des processus chimiques et mécaniques. En particulier, les mouvements coordonnés de ce gel engendrant le rampement impliquent une auto organisation spatiale et temporelle du cytosquelette et demandent un apport continu d'énergie. Si les bases biochimiques de la motilité cellulaire sont connues, la compréhension qualitative des interactions mécaniques entre les différents acteurs rentrant en jeu dans le rampement n'est que très limitée, et ce malgré les récents efforts visant à construire des modèles complets et exhaustifs du phénomène. Cette thèse présente l'analyse d'un modèle simple et unidimensionnel expliquant le rampement cellulaire. La première partie de la thèse est dédiée à l'analyse inverse du problème d'optimisation en vitesse et en efficacité mécanique du rampement. Notre analyse montre que les distributions optimales de contraintes contractiles et de friction avec le substrat sont en bonnes accord avec les distributions observées. Dans une seconde partie, nous proposons un mécanisme de motilité cellulaire spontanée centré sur la contraction et ignorant la polymérisation et la dépolymérisation de l'actine. A l'origine de la polarisation, l'anti-diffusion auto amplifiée des moteurs pilotant la contraction déstabilise la configuration initialement symétrique de la cellule. L'apparition de cette instabilité morphologique est pilotée par le ratio entre la diffusion et la contractilité des moteurs générant un flot convergent qui, lui-même, transporte les moteurs. Par l'étude unidimensionnelle du phénomène, nous montrons que le flot ainsi produit peut générer un mouvement de translation de la cellule qui reproduit des observations concernant la motilité spontanée des fragments de keratocytes. La troisième partie de la thèse concerne la motilité cellulaire basée sur les propriétés de polymérisation et de dépolymérisation active de l'actine qui permettent non seulement l'autopropulsion de la cellule mais aussi le mécanisme de poussée (d'obstacles) et de tirée (de noyau cellulaire par exemple) de charges données . Nous utilisons un modèle minimaliste pour montrer que la relation force-vitesse dans le cas de la poussée est essentiellement réminiscente du mécanisme de protrusion piloté par la polymérisation alors que la relation force-vitesse du tirage d'une charge ne repose sur le mécanisme de protrusion que pour des charges faibles, le mécanisme de contraction prenant le relais pour des charges plus grandes.

As a part of the IFSTTAR's research project « Performance-based and probabilistic approach to the life cycle of reinforced concrete structures », this thesis focuses on the modelling of coupled ion-moisture transport through concrete which is possibly carbonated. A multi-species modelling platform, based on durability indicators and with different levels of sophistication, was used. In saturated conditions, ion transport was described by the Nernst-Plank equation and complemented by ion-matrix interaction isotherms. In unsaturated conditions, the advection of liquid and gas was described by the extended Darcy law. The influence of the chemical activity on the equilibrium between liquid water and water vapor, as well as the kinetics of the chloride binding, were included. The binding of alkali was also taken into account and its influence on the chloride penetration was investigated. As input data of the models, conventional durability indicators (porosity, intrinsic permeability for liquid water and for gas) were determined by direct measurement on different concretes made of ordinary Portland cement and containing high contents of supplementary cementing materials (fly ash and slag). An inverse method was implemented thanks to a routine which incorporates an optimization algorithm, allowing us to determine some complex properties (such as effective diffusion coefficient, binding isotherm parameters and intrinsic permeability to liquid water) from experimental results. The model for saturated conditions was validated by comparing the simulation results to experimental profiles obtained from chloride diffusion tests. Wetting tests, with saline solution or pure water followed by drying experiments, on sound concrete and possibly carbonated ones were led to verify the model for unsaturated conditions, as well as to highlight the influence of carbonation on the ion and moisture transport.In addition to a further understanding on the physico-chemical mechanisms related to the durability of concrete and the identification of durability indicators by inverse analysis, the platform allowed us to predict the transport of ions and moisture according to the complexity of the involved phenomena and the required level of sophistication. The relevance and the reliability of the modeling platform for transport were proved by the studies carried out; Dans le cadre du projet de recherche de l'IFSTTAR « Approche performantielle et probabiliste de la durée de vie des ouvrages en béton armé », la thèse porte sur la modélisation du transport couplé ions-humidité au travers de bétons éventuellement carbonatés. Une plate-forme de modélisation multi-espèces, qui est basée sur les indicateurs de durabilité et avec différents niveaux de sophistication, a été utilisée. En condition saturée, le transport des ions a été décrit par l'équation de Nernst-Plank et complété par des isothermes des interactions ions/matrice. En condition non saturée, l'advection des phases liquides et gazeuses a été décrite par la loi de Darcy généralisée. L'influence de l'activité chimique sur l'équilibre entre l'eau liquide et vapeur d'eau, ainsi que la cinétique de fixation des ions chlorure ont été prise en compte dans les modèles. La fixation des ions alcalins a été également prise en compte, son influence sur le transport des ions chlorure a été étudiée. Les indicateurs de durabilité (porosité, perméabilité intrinsèque à l'eau et aux gaz) servant comme données d'entrée des modèles ont été déterminés par des mesures directes sur des bétons à base de ciment ordinaire et avec des fortes teneurs en additions minérales (cendres volantes et laitiers). Une méthode d'analyse inverse a été mise en œuvre à partir d'une routine qui intègre un algorithme d'optimisation qui nous a permis de déterminer les propriétés des matériaux plus complexes (coefficient effectif de diffusion, paramètres d'isotherme de fixation et perméabilité intrinsèque à l'eau) à partir des résultats d'essais. Le modèle pour des conditions saturées a été validé par des comparaisons entre des profils de chlorure issus des essais de diffusion et des profils de simulation. Des essais de séchage-imbibition avec une solution saline ou de l'eau pure sur les bétons sains et éventuellement carbonatés ont été réalisés pour valider le modèle en condition non saturée, ainsi que pour mettre en évidence l'influence de la carbonatation sur le transport des ions et sur les transferts hydriques. Outre la compréhension des mécanismes physico-chimiques liés à la durabilité des bétons et détermination des indicateurs de durabilité par analyse inverse, la plate-forme nous permet de prédire le transport des ions et d'humidité suivant la complexité des phénomènes et le niveau de sophistication exigé. Les études menées ont mise en évidence la pertinence et la fiabilité de la plate-forme de modélisation physico-chimique

As a part of the IFSTTAR's research project « Performance-based and probabilistic approach to the life cycle of reinforced concrete structures », this thesis focuses on the modelling of coupled ion-moisture transport through concrete which is possibly carbonated. A multi-species modelling platform, based on durability indicators and with different levels of sophistication, was used. In saturated conditions, ion transport was described by the Nernst-Plank equation and complemented by ion-matrix interaction isotherms. In unsaturated conditions, the advection of liquid and gas was described by the extended Darcy law. The influence of the chemical activity on the equilibrium between liquid water and water vapor, as well as the kinetics of the chloride binding, were included. The binding of alkali was also taken into account and its influence on the chloride penetration was investigated. As input data of the models, conventional durability indicators (porosity, intrinsic permeability for liquid water and for gas) were determined by direct measurement on different concretes made of ordinary Portland cement and containing high contents of supplementary cementing materials (fly ash and slag). An inverse method was implemented thanks to a routine which incorporates an optimization algorithm, allowing us to determine some complex properties (such as effective diffusion coefficient, binding isotherm parameters and intrinsic permeability to liquid water) from experimental results. The model for saturated conditions was validated by comparing the simulation results to experimental profiles obtained from chloride diffusion tests. Wetting tests, with saline solution or pure water followed by drying experiments, on sound concrete and possibly carbonated ones were led to verify the model for unsaturated conditions, as well as to highlight the influence of carbonation on the ion and moisture transport.In addition to a further understanding on the physico-chemical mechanisms related to the durability of concrete and the identification of durability indicators by inverse analysis, the platform allowed us to predict the transport of ions and moisture according to the complexity of the involved phenomena and the required level of sophistication. The relevance and the reliability of the modeling platform for transport were proved by the studies carried out; Dans le cadre du projet de recherche de l'IFSTTAR « Approche performantielle et probabiliste de la durée de vie des ouvrages en béton armé », la thèse porte sur la modélisation du transport couplé ions-humidité au travers de bétons éventuellement carbonatés. Une plate-forme de modélisation multi-espèces, qui est basée sur les indicateurs de durabilité et avec différents niveaux de sophistication, a été utilisée. En condition saturée, le transport des ions a été décrit par l'équation de Nernst-Plank et complété par des isothermes des interactions ions/matrice. En condition non saturée, l'advection des phases liquides et gazeuses a été décrite par la loi de Darcy généralisée. L'influence de l'activité chimique sur l'équilibre entre l'eau liquide et vapeur d'eau, ainsi que la cinétique de fixation des ions chlorure ont été prise en compte dans les modèles. La fixation des ions alcalins a été également prise en compte, son influence sur le transport des ions chlorure a été étudiée. Les indicateurs de durabilité (porosité, perméabilité intrinsèque à l'eau et aux gaz) servant comme données d'entrée des modèles ont été déterminés par des mesures directes sur des bétons à base de ciment ordinaire et avec des fortes teneurs en additions minérales (cendres volantes et laitiers). Une méthode d'analyse inverse a été mise en œuvre à partir d'une routine qui intègre un algorithme d'optimisation qui nous a permis de déterminer les propriétés des matériaux plus complexes (coefficient effectif de diffusion, paramètres d'isotherme de fixation et perméabilité intrinsèque à l'eau) à partir des résultats d'essais. Le modèle pour des conditions saturées a été validé par des comparaisons entre des profils de chlorure issus des essais de diffusion et des profils de simulation. Des essais de séchage-imbibition avec une solution saline ou de l'eau pure sur les bétons sains et éventuellement carbonatés ont été réalisés pour valider le modèle en condition non saturée, ainsi que pour mettre en évidence l'influence de la carbonatation sur le transport des ions et sur les transferts hydriques. Outre la compréhension des mécanismes physico-chimiques liés à la durabilité des bétons et détermination des indicateurs de durabilité par analyse inverse, la plate-forme nous permet de prédire le transport des ions et d'humidité suivant la complexité des phénomènes et le niveau de sophistication exigé. Les études menées ont mise en évidence la pertinence et la fiabilité de la plate-forme de modélisation physico-chimique

Hipermat, KASSEL, ALLEMAGNE, 07-/03/2012 - 09/03/2012; The tensile stress-strain response of Ultra-High Performance Fiber Reinforced Concrete (UHPFRC) is a fundamental mechanical behavior, and knowledge of this response is necessary for appropriate use of the concrete. To date, direct tension test methods aimed at assessing this property have generally found limited application due to their complexity and impracticality when considered in terms of a commercial testing environment. A joint research effort recently completed by the U.S. Federal Highway Administration and the French IFSTTAR (formerly LCPC) has succeeded both in further advancing the field of flexure testing as well as in developing a novel, practical direct tension test method. The direct tension test can be considered as a reference method as it directly reports the uniaxial tensile stress-strain response of the concrete both pre- and post-cracking without requiring the use of any complex stress or strain transformations. Moreover, it can be completed relatively quickly through the use of commercially available mechanical testing equipment on cast or extracted specimens of cross-sectional dimension up 51 mm square. The flexural test remains easier to perform, while data processing requires special care. The paper describes the direct tension and flexure test methods, as well as results obtained from applying these tests to multiple UHPFRC-class materials.

This document considers the consequences of rock falls on protective structures and especially their effects on the design and the monitoring of such structures. The first part is devoted to innovative multilayer structures for building's protection against rock falls with energies below the megajoule. The second part is devoted to rock-sheds like SDR (Structurally Dissipating Rock-shed) with an horizontal slab built to protect roads, railways, against rock falls impacts up to 20 MJ. The first studies have been completed here by the study of the behavior of DSP built with a sloped slab. The last part concerns the monitoring of DSP: as it has been discussed in the second part, the DSP may be damaged by exceptional impacts and it seems important to do a follow-up of these works by characterizing the impact location and the load level. For this, we used an approach based on inverse analysis and first results are presented. Finally this paper concludes with a discussion of the different approaches and ways which are to be explored., Ce document traite des impacts de blocs rocheux sur les ouvrages de protection et plus particulièrement de leurs conséquences sur le dimensionnement et le suivi de tels ouvrages. La première partie est consacrée à des ouvrages innovants multicouches pour la protection de bâtiments contre des chutes de blocs avec des énergies inférieures au mégajoule (MJ). La deuxième partie est consacrée aux ouvrages de protection de type PSD (pare-blocs structurellement dissipant) avec dalle horizontale destinés à protéger des voies de circulation (routes, voies ferrées,...) soumis à des impacts de blocs rocheux pouvant aller jusqu'à 20 MJ. Les premières études ont été complétées ici par celle du fonctionnement des ouvrages PSD comportant une dalle inclinée. Enfin la dernière partie concerne le suivi des ouvrages PSD : comme cela est évoqué dans la deuxième partie, les PSD peuvent être endommagés lors d'impacts exceptionnels et il semble important de pouvoir effectuer un suivi de ces ouvrages en caractérisant les endroits où les impacts ont eu lieu mais aussi le niveau de sollicitation. Pour cela nous avons utilisé une approche fondée sur l'analyse inverse et les premiers résultats obtenus sont présentés. Enfin ce document se termine par une analyse de ces différentes approches et des pistes qu'il reste encore à explorer.

In the industry of metal forming, friction plays a very important role. However, it is difficult to control completely this phenomenon, especially in the complex processes where the rate of the new surface generated during the plastic deformation is important. The thesis proposes to identify by inverse analysis the tribological properties of material, directly starting from the curve of the load versus the displacement of a direct extrusion process. The design of an extrusion die, with optimal dimensions to maximize the influence of friction, was carried out using analytical calculations based on particular criteria such as: the maximum capacity of the press, the maximization of the friction length and of the ratio between the friction power and the deformation power, the limit of the reduction rate to avoid damage of the material. Since in the extrusion process there is a certain coupling between the influence of the rheological parameters and the tribological parameters, compression tests using «dumbbells» specimens were carried out in a first stage in order to identify the rheological behavior law of the material. The design of the proposed test has been validated by numerical simulations using FORGE2®. The numerical simulations were also performed in order to analyze the sensitivity of rheological and tribological parameters of the material on the extrusion load. The influence of the geometry of the die on the extrusion load curve has been examined in detail. A campaign of tests was carried out for the AA5083 aluminum alloy. The material behavior law was consequently identified by inverse analysis starting from the experimental load curve of compression tests using «dumbbells» specimens. In a second step, the tribological properties of the material for different friction models were then identified by inverse analysis starting only from the extrusion load curve. The method of identification by inverse analysis was finally validated by the simulation of an industrial extrusion process. The campaign of experimental studies has been completed by the characterization of the material by measurements of hardness, X-ray diffraction measurements and electron backscattered diffraction (EBSD) measurements in order to highlight the evolution of the extruded specimen surface after the plastic deformation. The results indicate that friction has an important influence on the evolution of the grain crystallographic orientations of the extruded material surface.; Dans l’industrie de la mise en forme des matériaux métalliques, le frottement joue un rôle très important. Cependant, il est difficile à contrôler totalement, notamment dans les procédés complexes où le taux de nouvelles surfaces générées lors de la déformation plastique est important. La thèse propose d’identifier par analyse inverse les propriétés tribologiques du matériau, directement à partir de la courbe donnant la force en fonction du déplacement pour un procédé d’extrusion directe. La conception d’une filière d’extrusion, avec des dimensions optimales pour maximiser l’influence du frottement a été faite à l’aide de calculs analytiques en se basant sur des critères particuliers tels que: la capacité maximale de la presse, la maximisation de la longueur de frottement, le rapport entre la puissance de frottement et la puissance de déformation et la limite du taux de réduction pour éviter l’endommagement du matériau. Comme dans le procédé d’extrusion il existe un certain couplage entre l’influence des paramètres rhéologiques et des paramètres tribologiques, des tests de compression d’éprouvettes «haltères» ont été réalisés dans une première étape afin d’identifier la loi de comportement rhéologique du matériau. La conception du test proposé a été validée par des simulations numériques avec FORGE2®. Les simulations numériques ont été également effectuées pour analyser la sensibilité des paramètres rhéologiques et tribologiques du matériau sur la force d’extrusion. L’influence de la géométrie de la filière sur la courbe de force a été examinée en détail. Une campagne d’essais a été réalisée pour l’alliage d’aluminium AA5083. La loi de comportement du matériau a été en conséquence identifiée par analyse inverse à partir de la courbe expérimentale donnant la force de compression des éprouvettes «haltères». Dans une deuxième étape, les propriétés tribologiques du matériau pour différents modèles de frottement ont été ensuite identifiées par analyse inverse à partir de la courbe donnant la force d’extrusion. La méthode d’identification par analyse inverse a été enfin validée par la simulation d’un procédé industriel d’extrusion. La campagne d’études expérimentales a été complétée par la caractérisation du matériau par des mesures de dureté, des mesures de diffraction des rayons X et des mesures de diffraction des électrons rétrodiffusés (EBSD) afin de mettre en évidence l’évolution de la surface des pièces après la déformation plastique. Les résultats indiquent que le frottement a une influence importante sur l’évolution des orientations cristallines des grains de la surface du matériau extrudé.

Co-encadrement de la thèse : Pierre-Olivier Bouchard; This study deals with the development of a numerical strategy dedicated to mechanical joining processes optimisation and to parameters identification by inverse analysis. The first part is dedicated to the definition and development of an optimisation and inverse analysis platform. This platform is adapted to finite element computations. An optimisation algorithm with a kriging meta-model has been developed and included in the platform. In order to deal with time consuming computation a parallel version of this algorithm, based on kriging properties, has been developed. Significant acceleration of the parallel algorithm has been observed, leading to a decrease in time of the resolution of the optimisation issue. In the second part of this work an optimisation methodology has been carried out for mechanical joining processes. This procedure enables to optimize a global simulation chain, including both the joining process and the mechanical strength analysis of the joined component. This procedure is applied to the clinching joining process and gives rise to an 13% increase of the mechanical strength of the component. The third part of this work deals with a parameter identification study of an elastic-plastic law coupled with a ductile damage model. The identification procedure is based on a tensile test. A power hardening law and a Lemaitre model are chosen respectively for the elastic-plastic behaviour and for ductile damage. Three different observables have been taken into account: the load/displacement curve, the necking measurement, and displacement fields. Displacement fields are measured by full field measurement methods. It is shown how the enrichment of the observables database improves the definition of the inverse problem and decreases correlation issues between parameters.; Ce travail de thèse porte sur la mise en place d'une méthodologie d'optimisation des procédés d'assemblage, ainsi que sur l'identification de paramètres de lois de comportement et d'endommagement pour la modélisation des assemblages par déformation plastique. La première partie du travail est axée sur la création d'une plateforme d'optimisation et d'analyse inverse permettant d'exploiter des calculs par éléments finis. Dans le cadre du développement de cette plateforme, un algorithme d'optimisation basé sur l'exploitation d'un méta-modèle par krigeage a été développé. Afin de répondre aux problématiques de temps de calcul, une version parallèle de cet algorithme exploitant les propriétés du krigeage est proposée. Cette version parallèle montre des accélérations significatives par rapport à la version séquentielle, accélérations qui permettent un gain de temps substantiel pour résoudre le problème d'optimisation. Le second axe de ce travail propose une procédure d'optimisation de la tenue mécanique des assemblages par déformation plastique. Cette optimisation est basée sur une chaîne de modélisations incluant la phase d'assemblage et de tenue mécanique à l'arrachement. L'application de cette procédure à la technologie de clinchage permet un gain de 13% de la tenue mécanique à l'arrachement par rapport à la solution de référence. La troisième partie du travail est axée sur l'identification par analyse inverse de paramètres de lois de comportement élasto-plastique et d'endommagement. L'identification, basée sur des essais de traction, se focalise sur une loi de type élasto-plastique, couplée au modèle d'endommagement ductile de Lemaitre. Une attention particulière est portée au type d'observables utilisées pour réaliser l'identification. Trois types d'observables sont étudiées : la courbe force/déplacement, la mesure de striction, et le champ de déplacement issu de mesures de champs. L'enrichissement de la base d'observables permet de mieux définir le problème inverse en diminuant notamment les corrélations entre paramètres et rend donc l'identification plus efficace.

Co-encadrement de la thèse : Pierre-Olivier Bouchard; This study deals with the development of a numerical strategy dedicated to mechanical joining processes optimisation and to parameters identification by inverse analysis. The first part is dedicated to the definition and development of an optimisation and inverse analysis platform. This platform is adapted to finite element computations. An optimisation algorithm with a kriging meta-model has been developed and included in the platform. In order to deal with time consuming computation a parallel version of this algorithm, based on kriging properties, has been developed. Significant acceleration of the parallel algorithm has been observed, leading to a decrease in time of the resolution of the optimisation issue. In the second part of this work an optimisation methodology has been carried out for mechanical joining processes. This procedure enables to optimize a global simulation chain, including both the joining process and the mechanical strength analysis of the joined component. This procedure is applied to the clinching joining process and gives rise to an 13% increase of the mechanical strength of the component. The third part of this work deals with a parameter identification study of an elastic-plastic law coupled with a ductile damage model. The identification procedure is based on a tensile test. A power hardening law and a Lemaitre model are chosen respectively for the elastic-plastic behaviour and for ductile damage. Three different observables have been taken into account: the load/displacement curve, the necking measurement, and displacement fields. Displacement fields are measured by full field measurement methods. It is shown how the enrichment of the observables database improves the definition of the inverse problem and decreases correlation issues between parameters.; Ce travail de thèse porte sur la mise en place d'une méthodologie d'optimisation des procédés d'assemblage, ainsi que sur l'identification de paramètres de lois de comportement et d'endommagement pour la modélisation des assemblages par déformation plastique. La première partie du travail est axée sur la création d'une plateforme d'optimisation et d'analyse inverse permettant d'exploiter des calculs par éléments finis. Dans le cadre du développement de cette plateforme, un algorithme d'optimisation basé sur l'exploitation d'un méta-modèle par krigeage a été développé. Afin de répondre aux problématiques de temps de calcul, une version parallèle de cet algorithme exploitant les propriétés du krigeage est proposée. Cette version parallèle montre des accélérations significatives par rapport à la version séquentielle, accélérations qui permettent un gain de temps substantiel pour résoudre le problème d'optimisation. Le second axe de ce travail propose une procédure d'optimisation de la tenue mécanique des assemblages par déformation plastique. Cette optimisation est basée sur une chaîne de modélisations incluant la phase d'assemblage et de tenue mécanique à l'arrachement. L'application de cette procédure à la technologie de clinchage permet un gain de 13% de la tenue mécanique à l'arrachement par rapport à la solution de référence. La troisième partie du travail est axée sur l'identification par analyse inverse de paramètres de lois de comportement élasto-plastique et d'endommagement. L'identification, basée sur des essais de traction, se focalise sur une loi de type élasto-plastique, couplée au modèle d'endommagement ductile de Lemaitre. Une attention particulière est portée au type d'observables utilisées pour réaliser l'identification. Trois types d'observables sont étudiées : la courbe force/déplacement, la mesure de striction, et le champ de déplacement issu de mesures de champs. L'enrichissement de la base d'observables permet de mieux définir le problème inverse en diminuant notamment les corrélations entre paramètres et rend donc l'identification plus efficace.

The understanding of solidification crack phenomena would be a challenge. On the one hand, industrial concerns are considerable, in terms of quality and productivity. On the other hand, this is also a scientific challenge, because the physical mechanisms of hot tearing are far from being understood. One of challenges is the rheological characterization of alloys, which is particularly difficult at high temperature and in the semi-solid state (i.e high temperature and very law strain and strain rate). The rheological characterizations in solid and semi solid state are carried out using a direct resistance heating machines (Taboo). The Taboo set up allows cyclic loadings at very low strain rate (10-3 10-4 s-1) between 900°C and the solidus temperature. A specificity of resistance heating machine is a high non thermal homogeneity on central part of sample; this non thermal homogeneity produces a heterogeneous strain. This heterogeneous strain needs to know the displacement field on the sample. All limits of classical measurement technique bring us to develop a new method based on laser produced speckles and to avoid the high temperature problem. In this work we also present a technique of analysing picture based on a cross spectrum method. We have developed a finite element model able to simulate the entire experimental process. This numerical model, first have permitted to help designing optimal sample geometry in order to minimise the temperature gradients throughout the samples. Then the numerical model is also able to simulate the complete tensile test (including the heating with a temperature control by a PID). The results of tensile test and the numerical simulations are both used in an inverse analysis method to identify mechanical parameters of two different steel grades. Finally we have also explored microscopic phenomenon with a molecular dynamics approach. With a such approach, we have determined solid and liquid thermo mechanical properties of Iron like viscosity, elastic properties. We have also explained the cavity formation.; La compréhension des la fissuration à chaud représente un chalenge tant scientifique qu'industriel. D'un coté, pour les industriels de la métallurgie, cela permettrait une amélioration de la qualité et la productivité. Et d'un point vu scientifique, le challenge est tout aussi important, car les mécanismes de la fissuration sont peu connus. Cela provient principalement d'une méconnaissance des propriétés mécaniques dans des conditions similaires à celles rencontrées durant la solidification. Des essais thermo-mécaniques ont été réalisés sur une machine de traction avec chauffage par effet Joule (Taboo). Taboo permet de réaliser des chargements mécaniques pour de faibles vitesses de déformations (10-3 10-4 s-1) et des températures comprises entre 900°c et la température de solidus. Mais une des conséquence d'utiliser une machine de traction avec un chauffage par effet joule est l'existence d'un fort gradient thermique dans la zone centrale de l'éprouvette, ce gradient thermique produisant une déformation elle aussi non homogène. L'existence de ces hétérogénéités nous ont conduit à utiliser une technique de mesure de champ afin de connaitre le champ de déplacement existant sur les éprouvettes. Mais les techniques de mesures classiquement utilisées n'étant pas utilisable dans de telles conditions, nous avons développer une mesure de champ baser sur l'utilisation d'un speckles laser. En parallèle, nous avons aussi développer un algorithme d'analyse basé sur l'utilisation d'une méthode interspectre. De plus pour analyser et dimensionner les échantillons utiliser lors des essais mécaniques, nous avons développé et exploité un code élément finis capable de simuler l'essai Taboo dans sa globalité. Les résultats des essais mécaniques et les simulations ont ainsi pu être intégrés dans une boucle d'optimisation afin de trouver les paramètres des lois de comportement de deux nuances d'acier. en parallèle, une technique de dynamique moléculaire a été utilisée pour déterminer certains autres propriétés thermophysiques du fer telles que la viscosité, les paramètres élastiques.... Cette technique a aussi été utilisée pour expliquer la cavitation à l'état liquide et semi solide.

The understanding of solidification crack phenomena would be a challenge. On the one hand, industrial concerns are considerable, in terms of quality and productivity. On the other hand, this is also a scientific challenge, because the physical mechanisms of hot tearing are far from being understood. One of challenges is the rheological characterization of alloys, which is particularly difficult at high temperature and in the semi-solid state (i.e high temperature and very law strain and strain rate). The rheological characterizations in solid and semi solid state are carried out using a direct resistance heating machines (Taboo). The Taboo set up allows cyclic loadings at very low strain rate (10-3 10-4 s-1) between 900°C and the solidus temperature. A specificity of resistance heating machine is a high non thermal homogeneity on central part of sample; this non thermal homogeneity produces a heterogeneous strain. This heterogeneous strain needs to know the displacement field on the sample. All limits of classical measurement technique bring us to develop a new method based on laser produced speckles and to avoid the high temperature problem. In this work we also present a technique of analysing picture based on a cross spectrum method. We have developed a finite element model able to simulate the entire experimental process. This numerical model, first have permitted to help designing optimal sample geometry in order to minimise the temperature gradients throughout the samples. Then the numerical model is also able to simulate the complete tensile test (including the heating with a temperature control by a PID). The results of tensile test and the numerical simulations are both used in an inverse analysis method to identify mechanical parameters of two different steel grades. Finally we have also explored microscopic phenomenon with a molecular dynamics approach. With a such approach, we have determined solid and liquid thermo mechanical properties of Iron like viscosity, elastic properties. We have also explained the cavity formation.; La compréhension des la fissuration à chaud représente un chalenge tant scientifique qu'industriel. D'un coté, pour les industriels de la métallurgie, cela permettrait une amélioration de la qualité et la productivité. Et d'un point vu scientifique, le challenge est tout aussi important, car les mécanismes de la fissuration sont peu connus. Cela provient principalement d'une méconnaissance des propriétés mécaniques dans des conditions similaires à celles rencontrées durant la solidification. Des essais thermo-mécaniques ont été réalisés sur une machine de traction avec chauffage par effet Joule (Taboo). Taboo permet de réaliser des chargements mécaniques pour de faibles vitesses de déformations (10-3 10-4 s-1) et des températures comprises entre 900°c et la température de solidus. Mais une des conséquence d'utiliser une machine de traction avec un chauffage par effet joule est l'existence d'un fort gradient thermique dans la zone centrale de l'éprouvette, ce gradient thermique produisant une déformation elle aussi non homogène. L'existence de ces hétérogénéités nous ont conduit à utiliser une technique de mesure de champ afin de connaitre le champ de déplacement existant sur les éprouvettes. Mais les techniques de mesures classiquement utilisées n'étant pas utilisable dans de telles conditions, nous avons développer une mesure de champ baser sur l'utilisation d'un speckles laser. En parallèle, nous avons aussi développer un algorithme d'analyse basé sur l'utilisation d'une méthode interspectre. De plus pour analyser et dimensionner les échantillons utiliser lors des essais mécaniques, nous avons développé et exploité un code élément finis capable de simuler l'essai Taboo dans sa globalité. Les résultats des essais mécaniques et les simulations ont ainsi pu être intégrés dans une boucle d'optimisation afin de trouver les paramètres des lois de comportement de deux nuances d'acier. en parallèle, une technique de dynamique moléculaire a été utilisée pour déterminer certains autres propriétés thermophysiques du fer telles que la viscosité, les paramètres élastiques.... Cette technique a aussi été utilisée pour expliquer la cavitation à l'état liquide et semi solide.

La presence des ions chlorure, notamment en sites maritimes, est l'une des causes majeures provoquant la degradation des structures en beton arme par la corrosion de leurs armatures. Par consequent, la prediction de la penetration des chlorures dans le beton est une composante majeure pour planifier et quantifier correctement les interventions d'inspection et maintenance sur la structure. La prediction a besoin des parametres materiaux et environnementaux pertinents determines a partir des mesures experimentales. L'objectif principal de cet article est de mettre au point une methode pour l'identification des parametres de modelisation de diffusion des ions chlorure dans le beton a partir de mesures en utilisant un modele d'analyse inverse reposant sur des principes probabilistes. Les resultats de l'identification sur un echantillon numerique indiquent que l'approche bayesienne pourrait etre utile pour identifier les parametres d'un modele a partir des donnees reelles

Evaluating structures durability requires taking into account the variability of material properties. The thesis has two main aspects: on the one hand, an experimental campaign aimed at quantifying the variability of many indicators of concrete behaviour; on the other hand, a simple numerical model for calcium leaching is developed in order to implement probabilistic methods so as to estimate the lifetime of structures such as those related to radioactive waste disposal. The experimental campaign consisted in following up two real building sites, and quantifying the variability of these indicators, studying their correlation, and characterising the random fields variability for the considered variables (especially the correlation length). To draw any conclusion from the accelerated leaching tests with ammonium nitrate by overcoming the effects of temperature, an inverse analysis tool based on the theory of artificial neural networks was developed. Simple numerical tools are presented to investigate the propagation of variability in durability issues, quantify the influence of this variability on the lifespan of structures and explain the variability of the input parameters of the numerical model and the physical measurable quantities of the material.; L'évaluation de la durabilité des modélisation probabiliste de la lixiviation structures nécessite de prendre en compte la variabilité des propriétés du matériau. La thèse présente deux aspects principaux : d'une part une campagne expérimentale visant à quantifier la variabilité d'indicateurs du comportement du béton ; d'autre part le développement d'une modélisation simple de la lixiviation des bétons afin de mettre en œuvre des méthodes probabilistes pour estimer la durée de vie de structures liées notamment au stockage des déchets radioactifs. La campagne expérimentale consiste à suivre deux chantiers et à quantifier la variabilité de ces indicateurs, étudier leur corrélation et caractériser la variabilité des champs aléatoires des grandeurs considérées (notamment vis-à-vis d'une longueur de corrélation). Afin de dépouiller des essais de lixiviation accélérée au nitrate d'ammonium en s'affranchissant des effets de la température, un outil d'analyse inverse basé sur la théorie des réseaux de neurones a été élaboré. Des outils numériques simples sont présentés afin d'étudier la propagation de la variabilité dans des problèmes de durabilité, de quantifier l'influence de celle-ci sur la durée de vie des structures et d'expliquer la variabilité des différents paramètres d'entrée du modèle numérique et des grandeurs physiques du matériau.

Evaluating structures durability requires taking into account the variability of material properties. The thesis has two main aspects: on the one hand, an experimental campaign aimed at quantifying the variability of many indicators of concrete behaviour; on the other hand, a simple numerical model for calcium leaching is developed in order to implement probabilistic methods so as to estimate the lifetime of structures such as those related to radioactive waste disposal. The experimental campaign consisted in following up two real building sites, and quantifying the variability of these indicators, studying their correlation, and characterising the random fields variability for the considered variables (especially the correlation length). To draw any conclusion from the accelerated leaching tests with ammonium nitrate by overcoming the effects of temperature, an inverse analysis tool based on the theory of artificial neural networks was developed. Simple numerical tools are presented to investigate the propagation of variability in durability issues, quantify the influence of this variability on the lifespan of structures and explain the variability of the input parameters of the numerical model and the physical measurable quantities of the material.; L'évaluation de la durabilité des modélisation probabiliste de la lixiviation structures nécessite de prendre en compte la variabilité des propriétés du matériau. La thèse présente deux aspects principaux : d'une part une campagne expérimentale visant à quantifier la variabilité d'indicateurs du comportement du béton ; d'autre part le développement d'une modélisation simple de la lixiviation des bétons afin de mettre en œuvre des méthodes probabilistes pour estimer la durée de vie de structures liées notamment au stockage des déchets radioactifs. La campagne expérimentale consiste à suivre deux chantiers et à quantifier la variabilité de ces indicateurs, étudier leur corrélation et caractériser la variabilité des champs aléatoires des grandeurs considérées (notamment vis-à-vis d'une longueur de corrélation). Afin de dépouiller des essais de lixiviation accélérée au nitrate d'ammonium en s'affranchissant des effets de la température, un outil d'analyse inverse basé sur la théorie des réseaux de neurones a été élaboré. Des outils numériques simples sont présentés afin d'étudier la propagation de la variabilité dans des problèmes de durabilité, de quantifier l'influence de celle-ci sur la durée de vie des structures et d'expliquer la variabilité des différents paramètres d'entrée du modèle numérique et des grandeurs physiques du matériau.

International audience; Objectif : Déterminer une loi de comportement mécanique du placenta afin de l'implémenter dans les simulateurs numériques d'accidents de la route. Patientes et méthodes : Étude expérimentale d'indentation de 80 placentas après délivrance de femmes enceintes françaises. Utilisation de la méthode mathématique d'analyse inverse après modélisation numérique de l'expérience. Optimisation des paramètres de la loi obtenue grâce aux données expérimentales. Résultats : Loi d'Ogden type Hyper-Visco-Élastique optimisée pour le placenta par les paramètres μ 1 =0,0001881Mpa, μ 2 =−0,000240Mpa, μ 3 =μ 4 =0Mpa et 1 =2, 2 =−8, 3 = 4 =0 en condition quasi statique. Discussion et conclusion : La loi obtenue approche plus précisément le comportement mécanique du placenta que les précédentes études et pourrait être utilisée dans les recherches virtuelles de lésions placentaires dans les accidents de la route = Objectives. - Determination of mechanical properties of human placenta. Patients and methods. - Realisation of an experimental study using 80 human placentas and modelisation of this study using a finite element numerical model. Using the inverse analysis method, research of the parameters of placenta's behavior. Results. - Hyper-Visco-Elastic law written by Ogden, optimized for placenta with parameters: m1 = 0.0001881 Mpa, m2 = 0.000240 Mpa, m3 = m4 = 0 Mpa and a1 = 2, a2 = 8, a3 = a4 = 0 in static condition. Discussion and conclusion. - The parameters enable an approach of the mechanical behavior of the placenta. They could be used in numerical modelisation.

National audience; Dans cet article, nous proposons une méthode indirecte d'élicitation robuste de l'importance des critères à partir d'informations préférentielles partielles exprimées par un décideur, dans un contexte de relations valuées bipolaires de surclassement. Nous montrons que la modélisation de telles informations par un modèle mathématique linéaire en variables mixtes suffit à estimer l'importance des critères de façon adéquate.

International audience; Ces travaux font le point sur la pertinence de l'utilisation du champ de déplacement des noeuds d'une structure de tenségrité pour identifier son état d'autocontrainte. Il s'agit de déterminer la corrélation entre la précision de la mesure et la précision de l'identification de l'état d'autocontrainte. En utilisant un tachéomètre, on montre que l'identification à partir du champ de déplacement donne d'aussi bons résultats que celle réalisée à partir de la mesure de quelques efforts internes.

The increasing use of implant dentistry requires the development of innovative techniques adapted to complex maxillo-facial configurations. To manage theses difficult cases and to insure and improve the results stability over time , it is necessary now to get a better understanding of the mechanical implications of the fonctional implant loading.To reach this goal, a numerical model of the mandibular bone has been set up.The objective is to study the stress distribution within the bone and in the neighbourhood of implants.A first stage of this work has been devoted to the identification of the elastic properties of the cortical mandibular bone by the use of an advanced inverse analysis methodology.This coupled experimental – numerical approach has been validated and leads to a reliable numerical approach to study implant dentistry.The second stage of this work deals with the use of the numerical simulation to study the stress distribution around an implant inserted laterally (Diskimplant®) in a mandibular bone.Numerical simulation are validated experimentally and give promising results in the field of implant dentistry.; L'implantologie dentaire est actuellement en plein essor, et justifie du développement de techniques adaptées aux cas les plus complexes. La prise en charge de ces cas difficiles et leur stabilité dans le temps peuvent être améliorées par une meilleure connaissance des conséquences mécaniques de la mise en charge fonctionnelle.C'est dans ce but que nous avons voulu développer un modèle numérique de l'os mandibulaire, permettant l'étude de la répartition des contraintes au sein de l'os et au contact des implants, et ainsi d'en optimiser le nombre, la forme et la position.La première étape de ce travail est consacrée à la détermination du module d'Young de l'os cortical mandibulaire par une méthode originale: l'analyse inverse.Grâce à une méthodologie rigoureuse, nous avons déterminé ce module d'Young à une échelle représentative pour l'implantologie dentaire, rendant ainsi le développement du modèle numérique plus fiable.La seconde étape est dédiée au développement d'un modèle numérique de l'os mandibulaire, utilisable en implantologie, à l'aide du logiciel FORGE 2005®, Ce modèle est appliqué à l'étude de la répartition des contraintes après mise en place d'un implant à insertion latérale ( Diskimplant®), et validé par l'expérience.

The increasing use of implant dentistry requires the development of innovative techniques adapted to complex maxillo-facial configurations. To manage theses difficult cases and to insure and improve the results stability over time , it is necessary now to get a better understanding of the mechanical implications of the fonctional implant loading.To reach this goal, a numerical model of the mandibular bone has been set up.The objective is to study the stress distribution within the bone and in the neighbourhood of implants.A first stage of this work has been devoted to the identification of the elastic properties of the cortical mandibular bone by the use of an advanced inverse analysis methodology.This coupled experimental – numerical approach has been validated and leads to a reliable numerical approach to study implant dentistry.The second stage of this work deals with the use of the numerical simulation to study the stress distribution around an implant inserted laterally (Diskimplant®) in a mandibular bone.Numerical simulation are validated experimentally and give promising results in the field of implant dentistry.; L'implantologie dentaire est actuellement en plein essor, et justifie du développement de techniques adaptées aux cas les plus complexes. La prise en charge de ces cas difficiles et leur stabilité dans le temps peuvent être améliorées par une meilleure connaissance des conséquences mécaniques de la mise en charge fonctionnelle.C'est dans ce but que nous avons voulu développer un modèle numérique de l'os mandibulaire, permettant l'étude de la répartition des contraintes au sein de l'os et au contact des implants, et ainsi d'en optimiser le nombre, la forme et la position.La première étape de ce travail est consacrée à la détermination du module d'Young de l'os cortical mandibulaire par une méthode originale: l'analyse inverse.Grâce à une méthodologie rigoureuse, nous avons déterminé ce module d'Young à une échelle représentative pour l'implantologie dentaire, rendant ainsi le développement du modèle numérique plus fiable.La seconde étape est dédiée au développement d'un modèle numérique de l'os mandibulaire, utilisable en implantologie, à l'aide du logiciel FORGE 2005®, Ce modèle est appliqué à l'étude de la répartition des contraintes après mise en place d'un implant à insertion latérale ( Diskimplant®), et validé par l'expérience.

National audience; In the matter of geotechnical structures design, empirical and semi empirical methods are competed with numerical methods, which are said more rigorous. The way to carry out numerical methods and their relevance are commented. To that end, the discussion is based on the study of a superficial foundation, within an industrial benchmark test. Because of its robustness and its large use in the calculations of structures, the linear elastic perfectly plastic model of Mohr-Coulomb type is selected. Three of the five mechanical parameters are determined by inverse analysis. The performances of two optimization algorithms, ones deterministic (Simplex method), ones stochastic (genetic method), are compared. The obtained results are compared to the ones of the participants of the benchmark and are commented on.; En matière de dimensionnement d'ouvrages, les méthodes empiriques et semi-empiriques se voient concurrencer par les méthodes numériques jugées plus rigoureuses. Une réflexion est menée sur la mise en oeuvre et la pertinence de ces dernières. Pour ce faire, le propos s'appuie sur le calcul d'une fondation superficielle initié par un benchmark industriel. Parce qu'elle est robuste et son utilisation répandue dans le domaine de calculs des ouvrages, on choisit une loi élastique parfaitement plastique de type Mohr-Coulomb. Trois des cinq paramètres mécaniques sont déterminés par analyse inverse. Les performances de deux algorithmes d'optimisation, l'un déterministe (méthode du Simplexe), l'autre stochastique (méthode génétique), sont comparées. Les résultats obtenus sont confrontés à ceux des participants au benchmark, et sont commentés.

Most standard geotechnical in situ tests do not allow the direct identification of the constitutive parameters of the soil layers. The use of the finite element method for the designing geotechnical structures is consequently strongly limited by the rough knowledge of the mechanical properties of soil. This fact leads to set the problematics of inverse analysis in geotechnical engineering: What information concerning the constitutive parameters of the soil is it possible to get from in situ measurement ?This study is dedicated to the identification of parameters of soil constitutive models by inverse analysis from in situ geotechnical measurements. The inverse analysis is based on a genetic algorithm optimization process. Furthermore, to describe the set of solutions identified from a genetic algorithm optimization, a statistical analysis based on Principle Component Analysis is introduced. This analysis provides a set of solutions of the inverse problem. If all solutions are not directly identify by genetic algorithm, a principle component analysis on these solutions permits to define an envelop in which all the parameter values satisfy the inverse problem. These developments are based on some synthetic excavation problems and pressuremeter tests., La plupart des essais géotechniques in situ ne permettent pas d'identifier directement les paramètres constitutifs des couches de sol. L'utilisation de calculs par éléments finis pour dimensionner les ouvrages est ainsi limitée par une mauvaise connaissance des propriétés mécaniques des sols. C'est dans ce contexte que se pose la problématique d'analyse inverse en géotechnique : quelles informations concernant les paramètres constitutifs du sol est-il possible d'obtenir à partir de mesures in situ ? L'objectif de ce travail est de développer une méthode d'analyse inverse permettant d'identifier l'ensemble des paramètres constitutifs d'un sol à partir de mesures géotechniques in situ. La procédure est basée sur un processus d'optimisation par algorithme génétique. L'ensemble des solutions identifiées sont ensuite décrites mathématiquement par une étude statistique de type analyse en composantes principales. Cette étude montre que ce type d'optimisation par algorithme génétique permet d'estimer différentes solutions approchées pour les problèmes inverses de géotechnique. Si toutes les solutions d'un problème ne sont pas identifiées directement par l'algorithme génétique, leur exploitation par une analyse en composantes principales permet d'estimer l'ensemble des solutions du problème inverse. Cette méthode est développée sur des exemples d'ouvrages de soutènement et d'essais pressiométriques.

Most standard geotechnical in situ tests do not allow the direct identification of the constitutive parameters of the soil layers. The use of the finite element method for the designing geotechnical structures is consequently strongly limited by the rough knowledge of the mechanical properties of soil. This fact leads to set the problematics of inverse analysis in geotechnical engineering: What information concerning the constitutive parameters of the soil is it possible to get from in situ measurement ?This study is dedicated to the identification of parameters of soil constitutive models by inverse analysis from in situ geotechnical measurements. The inverse analysis is based on a genetic algorithm optimization process. Furthermore, to describe the set of solutions identified from a genetic algorithm optimization, a statistical analysis based on Principle Component Analysis is introduced. This analysis provides a set of solutions of the inverse problem. If all solutions are not directly identify by genetic algorithm, a principle component analysis on these solutions permits to define an envelop in which all the parameter values satisfy the inverse problem. These developments are based on some synthetic excavation problems and pressuremeter tests.; La plupart des essais géotechniques in situ ne permettent pas d'identifier directement les paramètres constitutifs des couches de sol. L'utilisation de calculs par éléments finis pour dimensionner les ouvrages est ainsi limitée par une mauvaise connaissance des propriétés mécaniques des sols. C'est dans ce contexte que se pose la problématique d'analyse inverse en géotechnique : quelles informations concernant les paramètres constitutifs du sol est-il possible d'obtenir à partir de mesures in situ ? L'objectif de ce travail est de développer une méthode d'analyse inverse permettant d'identifier l'ensemble des paramètres constitutifs d'un sol à partir de mesures géotechniques in situ. La procédure est basée sur un processus d'optimisation par algorithme génétique. L'ensemble des solutions identifiées sont ensuite décrites mathématiquement par une étude statistique de type analyse en composantes principales. Cette étude montre que ce type d'optimisation par algorithme génétique permet d'estimer différentes solutions approchées pour les problèmes inverses de géotechnique. Si toutes les solutions d'un problème ne sont pas identifiées directement par l'algorithme génétique, leur exploitation par une analyse en composantes principales permet d'estimer l'ensemble des solutions du problème inverse. Cette méthode est développée sur des exemples d'ouvrages de soutènement et d'essais pressiométriques.

Colloque avec actes et comité de lecture. Internationale.; International audience; Les tronçons de digue autour de Grenoble font l'’objet d’une campagne de reconnaissances fondée sur l’utilisation d’'une méthode géophysique à grand rendement, le panneau électrique. L'’expérience montre que la détection de l’'écoulement, des hétérogénéités, de la géométrie, de la nature des couches obtenue par l'analyse électrique, n’'est pas toujours conforme à une réalité objective, mais que la méthode d’inversion conduit à une incertitude qui peut être importante. La recherche permet de réduire les erreurs de cette méthode par la prise en compte des géométries lorsqu’'elles sont connues. Des essais pressiométriques à cycle ont été réalisé et interprété en analyse inverse pour déterminer les caractéristiques mécaniques d’'élasticité et de résistance avec les méthodes développées au L3S-R. Des essais Lefranc, pour la détermination de la perméabilité des matériaux de la digue, ont été réalisé. Les résultats sont regroupés et confrontés aux mesures en laboratoire pour une meilleure analyse du risque d’'instabilité

Issu de : Rotomoulage, thermomoulage et soufflage, Tours, FRANCE, 1er-2 décembre 2005; International audience; Behaviour parameters identification of polymer membranes during bubble inflation process. The biaxial properties of materials such as rubbers or polymers , used in mechanical or thermoplastic applications, are often difficult to identify. However , biaxial properties are useful for the simulation of plastic-processing operations such as blow molding, stretch blow molding or thermoforming. The global approach is to identify the hyperelastic behavior of this type of materials from contour measurements and full field measurements by inverse analysis using numerical simulations such as Finite Element Method. The rheological behavior and the mechanical properties of rubbers and polymers can be obtained by using a bubble inflation rheometer. In this paper, experimental results obtained using elongational rheometer developed in the laboratory are presented. A detailed description of the experimental part is made. Two optical measurement methods are used: (i) measure with only one CCD camera; (ii) the full field technique of images stereo-correlation (2 CCD cameras). Numerical Modeling are realized by using Finite Element software ABAQUS. Preliminary results of the identification (taken into account of the boundary conditions, function cost, parameters of the model of behavior) and validation of these results by carrying out tensile tests are presented.; Les propriétés bi-axiales des matériaux tels que les élastomères ou les polymères, utilisés dans des applications mécaniques ou thermoplastiques, sont souvent difficiles à identifier. Pourtant, elles s'avèrent nécessaires pour la simulation des procédés de ther-moformage, d'injection-soufflage ou de formage par soufflage. La démarche globale de ce travail de recherche est d'identifier à partir d'extraction de contour et de mesure de champs de surface, et par analyse inverse en utilisant des logiciels de simulations numériques type Eléments finis, le comportement de ce type de matériaux. Le comportement rhéologique et les propriétés mécaniques de tels matériaux peuvent être obtenus en utilisant un rhéomètre permettant le soufflage de bulle. Dans cet article, des résultats expérimentaux obtenus à l'aide d'un rhéomètre élongationnel développé au laboratoire sont présentés. Une description détaillée de la partie expérimentale est faite. Deux méthodes de mesures optiques sont utilisées : (i) une méthode développée à partir d'une mesure de contour avec une seule caméra CCD ; (ii) une méthode de mesure de champs par stéréo-corrélation d'images. La modélisation numérique est réalisée en utilisant le logiciel Eléments Finis ABAQUS. Des résultats préliminaires d'identification (prise en compte des conditions aux limites, fonction coût, paramètres du modèle de comportement) sont présentés, ainsi que la validation de ces résultats en réalisant des essais de traction.

International audience; Fresh concrete structures are subject to a temperature increase due to the release of the cement hydration heat. The non homogeneous temperature increase is responsible for the material micro cracking through the development of differential dilations. The determination of the temperature field in concrete structures requires the knowledge of the relation between thermophysical properties of the material, the water content and the hydration ratio. This study presents an original method to determine the thermophysical properties of cementitious materials submitted to drying. This method is based on the measurement and the numerical treatment through forward analysis of transient temperature profiles in 4x4x16 cm 3 samples submitted to heating. This permits to determine the profiles of thermal conductivity and specific heat inside the material.; Les pièces en béton fraîchement coulées sont sujettes à une élévation en température due au dégagement de la chaleur d'hydratation du ciment. Cette élévation non homogène est à l'origine de dilatations différentielles induisant une micro fissuration du matériau. La prédiction des champs de température au sein de larges structures en béton nécessite la connaissance du lien entre les propriétés de transfert du matériau, son état hydrique et l'avancement des réactions d'hydratation. Cette étude propose une méthode originale de détermination des propriétés de transfert thermique de matériaux cimentaires en cours de séchage. Cette méthode est basée sur la mesure et le traitement par analyse inverse de profils de température en régime transitoire dans des éprouvettes 4x4x16 cm 3 soumises à un chauffage modéré. Ceci permet de remonter aux profils de conductivité thermique et de capacité calorifique volumique dans le matériau.

Contrat BRITE; La simulation numérique des procédés de mise en forme joue un rôle important lors de la conception des gammes d'outils. Dans ce travail, nous utilisons la simulation éléments finis afin d'optimiser automatiquement les formes des outils de forgeage à chaud, par une approche de type inverse. Cette méthode a été appliquée à des gammes en deux passes, à symétrie axiale. Les outils à optimiser sont décrits par des courbes b_splines. Les problèmes majeurs de conception sont abordés: défaut de repli et d'aspiration, remplissage complet de la matrice de finition et amélioration des caractéristiques métallurgiques de la pièce forgée. Les solutions sont déterminées par l'utilisation d'algorithmes de quasi-newton, avec ou sans contrainte. Les dérivées des fonctions coût, par rapport aux paramètres de forme, sont obtenues par différentiation des équations discrètes régissant le problème de mise en forme. La méthode ainsi développée pour l'analyse de sensibilité tient compte de l'instationnarité du procédé et du caractère évolutif du contact. Le logiciel ainsi mis en œuvre a été appliqué à plusieurs problèmes industriels d'optimisation de forme d'outil.

Due to the cost and the complexity of real mechanical tests, simulation softwares are often used by manufacturers of polymer products. The quality of the predictions depends on the use of accurate constitutive equation and parameters. An experimental study using three different polymers (a semicrystallin polyethylene, an amorphous polycarbonate and a toughened polypropylene) shows that the hypotheses usually made when analytical methods are used, are only fulfilled under simple loading conditions and at low strain rates, far from real actual loading. For this reason, an inverse numerical model coupling a finite element simulation software (able to simulate rheological tests accounting complex loading conditions and temperature increase during high velocity tests) and a parameter identification module (based on an iterative Gauss-Newton method) was developed. The constitutive parameters are found minimising the discrepancy (the "cost function") between calculated and experimental forces, and optionally diameter in the case of the existence of a relative movement between the sample and the clamping device. This approach was validated by convergence and stability tests, and successfully applied to "average speed" tension tests. However the difficulty to extrapolate these results to very different loading conditions leads us to revisit the chosen constitutive equation when multiaxial loads are considered.; Les constructeurs de structures polymères doivent leur assurer la tenue que leur utilisation impose (résistance au choc). De façon à remplacer les tests "vraie matière / vraie grandeur" coûteux et laborieux, il est courant d'utiliser des codes de simulation numériques, qui requièrent toutefois l'utilisation de lois de comportement fiables. Le premier chapitre, consacré à l'établissement d'un bilan des lois de comportement les plus aptes à reproduire le comportement global des polymères solides, est suivi d'une étude des méthodes classiquement employées pour dépouiller les essais rhéologiques. Trois polymères différents (un polyéthylène semi-cristallin, un polycarbonate amorphe et un polypropylène copolymère) sont testés afin d'établir une certaine typologie de leurs réponses. Il en ressort que les hypothèses inhérentes aux méthodes de dépouillement analytiques ne sont valables que dans un domaine restreint de sollicitations (basses vitesses, sollicitations uniaxiales...). La méthode d'identification par analyse inverse envisagée dans le chapitre III permet d'éviter la formulation d'hypothèses trop fortes. Elle repose sur l'utilisation d'un logiciel de simulation thermomécanique par éléménts finis des essais rhéologiques, auquel est couplé un module d'optimisation (basé sur la méthode itérative de Gauss-Newton). Les paramètres sont obtenus en minimisant l'écart entre le calcul et l'expérience (fonction "coût"). Après une validation numérique (chapitre IV) de l'algorithme de minimisation utilisé (convergence et stabilité), la technique décrite est finalement appliquée avec succès à chacun des polymères étudiés (chapitre V), dans le cas d'essais de traction "moyennes vitesses". L'écart entre les observables expérimentales et simulées diminue sensiblement par rapport aux méthodes de dépouillement classiques. L'emploi d'une fonction coût mixte (force + diamètre) permet en outre d'identifier simultanément la rhéologie en traction d'un polypropylène et le coefficient tribologique caractérisant le glissement des éprouvettes dans les mors. Le logiciel met également en évidence les limites de la loi de comportement utilisée en traction, dans le cas d'essais multiaxiaux. Moyennant une modification de la loi, l'analyse inverse rend possible l'identification du comportement au choc du polymère à partir d'essais de poids tombant instrumenté. La possibilité d'extrapoler le comportement à d'autres conditions opératoires fait de ce logiciel un outil prédictif.

The improvement of the knowledge of the rheological behavior of materials during the industrial forming processes come necessarily through a better understanding of experimental rheological tests. That is why we have developed an inverse numerical model for the identification of rheological parameters coupling a finite element simulation code of the test with an optimization procedure. The direct model simulates especially axisymmetric torsion, tension and tension-torsion tests. It leads to a more realistic modelling of the test, particularly with regard to the possibility of taking into account the phenomena as the self-heating, the strain localization and the material softening, for which the classical computational assumptions are not more valid. The principle of the parameter identification is based on the determination of the coefficients of the behavior law that minimise a cost function expressing in a least squares sense, the difference between the numerical computation and the experiment. The use of a minimization algorithm of Gauss-Newton has led us to develop a parametric sensitivity analysis using analytical differentiation of the discretized equations defining the simulation model. Thus, the identification software permits to identify automatically and simultaneously all the rheological parameters of a thermo-viscoplastic law as the Norton-Hoff one using a generalized formulation of the material consistency in order to obtain an appropriate description of the competition between the hardening and the softening effects.; L'amélioration de la connaissance du comportement rhéologique des matériaux au cours de leur mise en forme passe nécessairement par une meilleure compréhension des essais rhéologiques de laboratoires. C'est pourquoi nous avons développé un modèle inverse d'identification des paramètres rhéologiques, résultant du couplage d'un code de simulation par éléments finis de l'essai avec un module d'optimisation. Le modèle direct de simulation concerne plus particulièrement les tests axisymétriques de torsion, traction et traction-torsion. Il permet une modélisation plus réaliste de l'essai, notamment en ce qui concerne la possibilité de prendre en compte les phénomènes d'auto-échauffement, de localisation de la déformation et d'adoucissement, qui rendent souvent les hypothèses de dépouillement classiques non valables. Le principe d'identification repose sur la détermination des coefficients de la loi de comportement qui minimiseront une fonction coût, exprimant au sens de moindres carrés, l'écart entre le calcul et l'expérience. L'utilisation d'un algorithme de minimisation de type Gauss-Newton nous a amené a développer un calcul de sensibilité paramétrique à partir d'une différentiation analytique des équations discrètes définissant le calcul de simulation. Ainsi, le logiciel d'identification permet d'identifier automatiquement et simultanément les paramètres rhéologiques d'une loi thermo-viscoplastique de type Norton-Hoff, avec une formulation généralisée de la consistance du matériau afin d'obtenir une description adéquate de la compétition existant entre l'écrouissage et l'adoucissement.

Nous avons étudié un glissement de terrain affectant un lotissement (Le Mas d' Avignonet). situé en rive gauche de la retenue du Barrage du Monteynard, à 35 km au sud de Grenoble. dans la région du Trièves. Une campagne de reconnaissance in situ comportant, entre autres, des sondages, des relevés géologiques et d'indices de mouvement, des mesures inclinométriques, topographiques, piézométriques.... nous a permis de mettre en évidence plusieurs surfaces de déformations plus ou moins profondes. Elles se sont développées au sein des formations présentes : moraines, argiles remaniées. argiles litées ; ces dernières étant à l'origine de nombreuses instabilités dans cette région du Trièves. Nous avons, ensuite, proposé des mécanismes probables de rupture de ces glissements. Pour cela. nous avons d' une part défini à partir d'une rétroanalyse d' un glissement voisin analogue (glissement de la combe d'Harmalière) la géométrie possible de ces glissements. et d'autre part donné une nouvelle évaluation des valeurs résiduelles des caractéristiques mécaniques à la rupture de ces argiles litées. Ces valeurs ont, ainsi, servi de référence pour l'analyse de stabilité du lotissement et plus globalement de la combe du Mas. Enfin, nous avons tenté une approche du rôle des séismes survenus au voisinage de la retenue sur la stabilité à long terme de ce versant et, dans ce but, nous avons cherché à savoir si des effets d'amplification des ondes sismiques avaient pu se produire au niveau du versant., pas de résumé

L'objectif principal de ce travail est de mettre à la disposition des géotechniciens une gamme de valeurs de caractéristiques mécaniques, en l'occurrence angle de frottement interne et cohésion, propre à des séries sédimentaires du Sud-Est de la France dont l'instabilité pose souvent des problèmes. Pour la prévision du comportement du terrain de talus ou de remblais, la pratique courante est d'introduire, dans les calculs, des paramètres tirés d'essais (au laboratoire ou en place), ce qui suppose une homogénéité satisfaisante des terrains concernés, Au contraire, pour les glissements de versants naturels, on n'est nullement assuré d'avoir affaire à des masses homogènes. et il faut bien admettre que les paramètres mécaniques intervenant tout au long de la surface cinématique sont variables. Dans ces conditions, plutôt que de recourir à des essais ponctuels, il semble plus logique d'en chercher une évaluation en faisant appel à l'analyse inverse, méthode globale qui lisse les irrégularités locales. Cette méthode a donc été appliquée, dans l'hypothèse de l'équilibre limite, à des glissements de dimensions diverses, survenus dans des conditions hydrogéologiques comparables. Parmi les quatre formations analysées - Houiller, Lias, Terres Noires, Argiles litées - ces dernières, vu leur homogénéité, ont même pu faire l'objet d'un traitement spécifique (mesures ponctuelles classiques et mise on oeuvre de la Méthode des Eléments Finis). Les valeurs paramétriques proposées semblent susceptibles de servir de référence au moins pour des calculs menés en phase d'études préliminaires., Pas de résumé