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Dye tracing experiments are generally set up to identify karst springs catchments or transport properties of heterogeneous or homogeneous aquifers. They are also relevant methods for characterizing flow and transport processes in fractured and karst aquifers, ang get insights about their complex structure and heterogeneity. A precise analysis of breakthrough curves (BTCs) obtained from dye tracing experiments in synthetic pipe networks and fracture networks of know geometry and topology should thus allow a better assessment of the relationship between drainage network properties and transport processes.In this work, solute transport experiments consisting of step tracing are thus conducted, with a focus on dual-conduit structure. Five groups of experiments have been carried out to investigate how the following factors related to the dual-conduit structure may influence the transport processes: length ratio, total length (fixing the length ratio), connection angle, aperture contrast, and flow rate. Numerical models are then applied to fit the experimental BTCs and quantitatively evaluate the solute transport processes. The single-peaked BTCs are simulated considering i) the Advection Dispersion Equation (ADE) model, ii) the Dual Region Mobile Immobile Model (DRMIM), and iii) the Transfer Function Approach (TFA). The dual-peaked BTCs are simulated considering i) the Dual Region Advection Dispersion (DRAD) model, ii) the Weighted Sum Advection–Dispersion Equation (WSADE) model and iii) the DRMIM. Based on these results, a method has been proposed for estimating underground karstic conduit lengths from experimental dual peaked BTCs. For some experiments, it is shown that the TFA allows a better fitting than the ADE model and DRMIM. In order to assess what physical information contain the TFA parameters, we analyse the equivalence between TFA and Advection Dispersion Equation (ADE). We then obtain two equations that, under certain conditions, make TFA and ADE produce identical BTCs and allow expressing the TFA parameters as a function of the variable and parameters considered in the ADE.Finally, a methodology for characterizing a karst conduit network at the scale of an experimental field site where both pumping test and dye tracing experiment have been performed is proposed. This characterization is based on a hydraulic tomography method which considers a discrete conduit network model to explicitly represent the underground conduit network, integrating hydraulic data and dye tracing data to constrain the diameter distribution of the karst conduit network.The results of these lab scale and field scale experiments, together with the proposed numerical tools, should help hydrogeologists to better interpret the results of the tracing tests realized in real karst aquifers and improve their understanding of transport processes. These results may also guide hydrogeologists to select the most suitable model for interpreting their dye tracing experiment.; Les essais par traçages sont généralement mis en place pour identifier le bassin d’alimentation de sources karstiques ou les propriétés de transport des aquifères hétérogènes ou homogènes. Elles sont également des méthodes pertinentes pour caractériser les processus d'écoulement et de transport dans les aquifères fracturés et karstiques afin mieux appréhender la complexité de leur structure et leur forte hétérogénéité. Ainsi, les relations entre les propriétés du réseau de drainage et les processus de transport peuvent être appréciée par une étude précise des courbes de restitutions de traçages dans un réseau de conduits ou de fractures de géométrie et de topologie connues.Dans ce travail, nous étudions le processus de transport de soluté dans des réseaux synthétiques de conduits ou et de fractures de géométrie et de topologie connues. Pour ce faire, nous réalisons des expériences de transport de soluté consistant en l’injection d’un créneau de concentration, en étudiant tout particulièrement l’influence d’une structure à double conduit. Des modèles numériques sont ensuite appliqués pour ajuster les courbes de restitutions expérimentales et évaluer quantitativement les processus de transport de soluté. Les courbes de restitutions à un seul pic sont simulées en utilisant i) le modèle basé sur l'équation d’advection dispersion (ADE), ii) le modèle DRMIM (Dual Region Mobile Immobile Model), et iii) l'approche de la fonction de transfert (TFA). Les courbes de restitutions à deux pics sont simulés en considérant i) le modèle de dispersion par advection à deux régions (DRAD), ii) le modèle d'équation d'advection-dispersion à somme pondérée (WSADE) et iii) le DRMIM. Sur la base de ces résultats, une méthode a été proposée pour estimer la longueur des conduits karstiques souterrains à partir courbes de restitutions expérimentales à deux pics. Pour certaines expériences, il est montré que le TFA permet un meilleur ajustement que le modèle ADE et le DRMIM. Afin d'évaluer quelles informations physiques contiennent les paramètres de la TFA, nous analysons l'équivalence entre la TFA et l'équation de dispersion par advection (ADE). Nous obtenons alors deux équations qui, sous certaines conditions, permettent de génèrer des courbes de restitutions identiques et d'exprimer les paramètres de la TFA en fonction de la variable et des paramètres considérés dans l'ADE.Enfin, une méthodologie de caractérisation d'un réseau de conduits karstiques à l'échelle d'un site de terrain expérimental où ont été réalisés à la fois des essai par pompage et des expérience de traçages est proposée. Cette caractérisation est basée sur une méthode de tomographie hydraulique qui considère un modèle de réseau de conduits pour représenter explicitement le réseau de conduits souterrains, et intègre des données hydrauliques et des données de traçage de colorant pour contraindre la distribution de diamètre du réseau de conduits karstiques.Les résultats de ces expériences à l'échelle du laboratoire et du terrain, ainsi que les outils numériques proposés, devraient aider les hydrogéologues à mieux interpréter les résultats des tests de traçage réalisés dans des aquifères karstiques réels et à améliorer leur compréhension des processus de transport. Ces résultats peuvent également guider les hydrogéologues à choisir le modèle le plus approprié pour interpréter leur expérience de traçage de colorant.

New bioreactor technology was recently developed for bioleaching applications. It consists of ponds where pulp suspension and gas-liquid mass transfer are achieved with floating agitators. Bioleaching reactions are significantly exothermic with high oxygen requirements. Temperature regulation is usually required in bioleaching reactors to maintain biological activity. Contrary to conventional stirred tank reactors, the temperature in ponds cannot be easily regulated through heat exchangers. A numerical strategy was developed to design an industrial application of the concept and to select suitable operating parameters. First, computational fluid dynamics (CFD) was used to model the hydrodynamics of the system and to define the volume of influence of one single agitator, the number of floating agitators and the mechanical power dissipated into the fluid. Then, a numerical model was developed using MatLab to quantify the contribution of the operating and environmental conditions to the heat balance and their influence on temperature regulation. Various scenarios were simulated (equatorial and sub-arctic climates, sulfide concentration, pond geometries). At industrial scale, the environmental conditions have little influence on the heat balance, which is mainly dominated by the reaction enthalpy. It was demonstrated that the temperature could be maintained in a suitable range (40 to 50°C) by controlling the fresh pulp inlet conditions (flow rate, temperature) and the aeration (flow rate, oxygen partial pressure), even at low sulfide concentration (between 5 and 10%).

International audience; This paper aims at defining the key mechanical properties of atmospheric ice in order to improve the design ofmechanical de-icing systems. Based on ice fracture mechanisms, the parameters of interest are the cohesivestrength of the ice and its fracture toughness. A hybrid experimental/numerical vibrating method is used tomeasure those critical values. Parameters such as temperature and precipitation rate influence the ice densityand ice samples are thus defined with respect to this parameter. First, the cohesive strength of ice is measuredover the entire range of ice density and a polynomial expression of the cohesive strength of ice is given as afunction of this density. Then the fracture toughness is measured for a smaller range of density and an averagecritical value is given. Finally, the influence of the properties computed is discussed to assess the conditions ofatmospheric ice mechanical removal and the challenges for the design of mechanical ice protection systems. Thestudy tends to show that as its density decreases, ice is more difficult to remove mechanically.

Osteochondral lesion of the talus is defined as damage in the cartilage that covers the talus bone, compromising the integrity of the joint in the long term. Due to the low incidence of this pathology, there are few studies to understand the importance of lesion size and position in cartilage strains. The purpose of this study is then to analyze the influence of the lesion size in joint behavior. A 3D virtual and in vitro model of a patient’s injured ankle joint was developed. The models were built using CT scan and MRI images, to obtain the CAD models of intact and with 10 mm lesion size for 3D print models using additive manufacturing. The physical model was tested with 685N applied vertically to determine experimentally the principal strains and contact pressures in the cartilage. Five finite element models were developed with lesion dimensions (5 to 20 mm) and with 3 ankle joint positions. The numerical and experimental results were correlated with an R2 =0.86 justified by the complexity of the model geometry. The maximum principal strain was 2566με in the plantar flexion position without lesion. The experimental contact area between cartilages increased by 1.2% in the 10 mm lesion size for 431 mm2. The maximum stress in the cartilage was observed for a 20 mm lesion size with 2.5 MPa. The 5 and 10 mm sizes present similar results; the 15 mm lesion size presents a stress increase of 13% comparatively with 10 mm. Plantar flexion seems to be the most critical configuration; stress increases with an increase of lesion size around the cartilage. published

La modélisation numérique joue un rôle important dans la compréhension des climats passés, présents et futurs. Dans cet exposé, j'illustrerai quelques-unes des problématiques auxquelles est confrontée cette discipline scientifique, à travers la description synthétique de certaines de mes activités de recherche. J'évoquerai dans un premier temps, ma contribution à la mise au point des différentes configurations du modèle climatique du CNRM, contribution visant à une meilleure description de la composante atmosphérique (dynamique et chimie stratosphériques notamment). Mes travaux sur la sensibilité climatique à l'équilibre, essentiellement basés sur des approches conceptuelles, seront abordés ensuite. Enfin, je conclurai cet exposé par la présentation d'activités plus prospectives sur l'utilisation de l'intelligence artificielle au service de la modélisation climatique.

International audience; In this paper, we investigate the behavior of biological tissues (skin) coupled to a substrate (sensor) based on a numerical model taking into account the relationship between strain/stress components at the interface. Based on this study, we understand and quantify the most appropriate biomechanical factors in order to optimize sensor/biological tissue interface conditions. A micromechanical description based on a mathematical formulation has been developed to evaluate the biomechanical behavior provided by a 2D viscoelastic model of Kelvin–Voigt. The results show a spatio-temporal law of tissue motion highlighting the need for an optimized interface for reliable data transmission in the case of connected device in a dynamic movement or in the manufacturing of intelligent and reactive prosthesis device.

International audience; Floods in cities are a worrying phenomenon as cities concentrate a growing population and activity and are expected to increase in both intensity and frequency in the context of climate change. Flood management provided by public services relies especially on 2D models that do not consider the potential street-building exchanges, considering buildings to be waterproof. A new model is proposed to represent each building as a mass conservation law and an additional source term in the classical 2D shallow water equations. A synthetic test case, with a channel and 200 buildings, shows that the buildings lead to a reduction of both the discharge (30%) and the water depth (18%) peaks in the street and generate a lag time in their time evolution. The interest of the proposed model is highlighted on the modeling of the Richelieu district (Nîmes, France): street-building exchanges impact significantly (up to 0.6 m and 1 m/s) the street hydrodynamics. The water level modifications are generalized in the synthetic case whereas they are more localized in the real-world simulation. Moreover, the model simulates the building water depth allowing for the determination of the maximal level and the submersion duration. These new results pave the way to new information for flood damage analysis and operational management.

International audience; Solid volume increases during the hydration of mantle rocks. The fluid pathways necessary to feed the reaction front with water can be filled by the low density reaction products. As a result, the reaction front dries out and the reaction stops at low reaction progress. This process of porosity clogging is generally predicted to dominate in reactive transport models, even when processes such as reaction-induced fracturing are considered. These predictions are not consistent with observations at mid-ocean ridges where dense mantle rocks can be completely replaced by low density serpentine minerals. To solve this issue, we develop a numerical model coupling reaction, fluid flow and deformation. High extents of reaction can only be achieved when considering that the increase in solid volume during reaction is accommodated through deformation rather than porosity clogging. The model can generate an overpressure that depends on the extent of reaction and on the boundary conditions. This overpressure induces viscoelastic compaction that limits the extent of the reaction. The serpentinisation rate is therefore controlled by the accommodation of volume change during reaction, and thus by deformation, either induced by the reaction itself or by tectonic processes.

Due to the difficult access to their territories, Northern Canada’s Inuit have faced major adaptation challenges in recent decades, notably in terms of food and energy. Traditional food from hunting, fishing and gathering activities is increasingly difficult to obtain, while European and Canadian foods brought by air or by sea are increasingly expensive. Culture in greenhouses appears as a solution allowing to improve access to fresh vegetables by reducing the ecological and financial costs linked to the transportation of these.The scientific literature on the physical study of northern greenhouses and energetic data (temperature, electricity consumpion, etc.) is scarce. The first part of this thesis has to do with the pinpointing of northern greenhouses existing in North America and shows that this subject is relatively recent. On the other hand, this literature review revealed that the majority of counted greenhouses are not adapted to a cold climate, hence short growing seasons.The second part of this work focuses on the experimental aspect. Data coming from an instrumentation campaign in a northern greenhouse were analysed to demonstrate the relevance of the establishment of a daily thermal energy storage (TES) system. The dimensioning and construction of this system using air as a coolant fluid and local rocks as storage material are also presented. The instrumentation of the rockbed which stores heat has allowed to study energetical data during charge and discharge phases of the stock. This analysis demonstrated the positive impact of the set up of the TES system on the thermal behavior of the greenhouse.The last part of this work concerns the modeling of the thermal behavior of the greenhouse and the TES system. As a matter of fact, the numerical simulation of the climate in a greenhouse is basic in order to understand the improvement mechanisms of existing greenhouses and/or to optimize the conceiving of enclosures for vegetable production in a northern environment. Indeed, a nodal model of the greenhouse and an independent model of the TES system are detailed and validated. A process of calibration about the numerical values of the models’ parameters is also developed to improve the performances of these models.; Vivant sur des territoires isolés où aucune route terrestre ne permet de se rendre, les Inuits du nord canadien (Nunavik) font face, depuis les dernières décennies, à de grands défis d’adaptation, notamment sur le plan de l’alimentation et de l'accès à l'énergie. La nourriture traditionnelle issue des activités de chasse, de pêche et de cueillette est de plus en plus difficile à obtenir, tandis que les aliments euro-canadiens apportés par avion ou par bateau coûtent de plus en plus cher. La serriculture apparaît alors comme une solution permettant d'améliorer l'accès aux légumes frais en réduisant les coûts écologique et financier liés au transport de ces légumes.La littérature scientifique portant sur l'étude physique des serres nordiques et les données énergétiques (température, consommation d’électricité, etc.) sur le sujet sont rares. Dans un premier temps, nous avons recensé les serres nordiques existantes d'Amérique du Nord, et nous avons montré que le sujet est relativement récent. Par ailleurs, cette revue de littérature a révélé que la majorité des serres dénombrées ne sont pas adaptées au climat froid, conduisant à des saisons de cultures courtes. Ensuite, nous avons abordé l'aspect expérimental. Les données issues d'une campagne d’instrumentation de la serre nordique de Kuujjuaq ont été analysées afin de démontrer la pertinence de l'installation d'un système de stockage thermique journalier. Le dimensionnement et la construction de ce dernier, utilisant l'air comme fluide caloporteur et des roches locales en tant que matériau de stockage, sont également présentés. L'instrumentation du lit de roches stockant la chaleur a permis l'étude des données énergétiques durant les phases de charge et de décharge du stock. Cette analyse a démontré l'impact positif de l'installation du système de stockage sur le comportement thermique de la serre. Enfin, nous avons modélisé le comportement thermique de la serre et du système de stockage. En effet, la simulation numérique du climat sous serre est essentielle afin de comprendre les mécanismes d'amélioration des serres existantes et/ou d'optimiser la conception des enceintes de production végétale en milieu nordique. Ainsi, un modèle nodal de la serre et un modèle du système de stockage sont détaillés et validés. Un processus de calibration portant sur les valeurs numériques des paramètres des modèles est également développé afin d'en améliorer les performances.

The global issue of premature deterioration in bridges and other structures requires a switch from prescriptive to performance-based durability design of infrastructure, taking into account specific environmental exposure and a combination of actions to which a structure will be exposed during its service life. Although many numerical models for service life prediction have been developed in the last four decades, their application on real structures is still not on a satisfactory level. This is due to the complexity of mechanical, physical, thermal and chemical processes related to the deterioration processes, but also due to difficulty in quantifying the material, structural, environmental and climate performance indicators and their interactions. In addition, there are several sources of uncertainty and spatial variability related to deterioration processes, exposure, models, inspection, etc. These uncertainties and spatial variability affect service life predictions and should be quantified and considered in a comprehensive form. This Research Topic deals with the new advances reached in the last years in the field of service life prediction (deterministic or probabilistic) of bridges and different type of infrastructure, including the following topics: (I) Service life prediction models for determining the time to repair, (ii) Life cycle and service life assessment models of concrete, steel and wooden structures, (iii) Impact of hurricane hazard and climate change on service life prediction, (iv) Case studies, (v) New methods for structure durability testing in laboratory and on site, (vi) Durability of ultra-high-performance concrete structures, (vii) Service life design in the framework of accelerated bridge construction, (viii) Optimization of performance-based maintenance plan.

ICAAR 2021, 16th International Conference on Alkali-Aggregate Reaction in Concrete Structrures, Lisbonne, PORTUGAL, 01-/06/2021 - 03/06/2021; Internal swelling reactions (ISR) in concrete can have significant impact on the long-term behaviour of massive concrete structures. This communication presents the foundations of a constitutive model developed within the framework of the finite-element method. In order to reach, in further step, a correct quantification of the visible crack patterns, we first develop a set of evolutive constitutive equations based on Larive's law and taking into account the main couplings that affect ISR in structures: chemical extent, available moisture, past and present temperature, and creep. First, the aim of this modelling framework is presented by setting the set of constitutive equations and identifying material parameters on the base of observable data. Then we describe the evolution equation governing the chemical expansion. The third part focuses on coupling with various phenomena. Finally, we propose perspectives about material damage and cracking in concrete.

International audience; The industrial sector is increasingly obliged to reduce its energy consumption and greenhouse gases emissions to contribute to the world organizations’ targets in energy transition. An energy efficiency solution lies in the development of thermal energy storage systems, which are notably lacking in the low-temperature range (50–85 °C), for applications such as district heating or low-temperature waste heat recovery. This work aims to bring a latent heat storage solution from material selection to prototype evaluation. The first part of this paper is dedicated to the characterization and aging of a phase change material selected from a screening of the literature (fatty acid mixture mainly composed by stearic and palmitic acid). Then, this material is encapsulated and tested in a prototype whose performances are evaluated under various operating conditions. Finally, a numerical model validated by the experimental results is used to explore the influence of a wider range of operating conditions, dimensioning choices, and material conductivity improvements.

International audience; Additive manufacturing (AM), especially powder bed laser sintering (PBLS), has been an increasingly popular field since the 1980s. Direct SLS is particularly challenging with ceramic materials due to their low thermal conductivity, high melting point, and brittle mechanical behaviour. In addition, they require longer processing times for a reliable sintering degree. In this work, the impact of some crucial parameters in SLS applied to a copper-doped hydroxyapatite bioceramic was studied. Incorporating copper ions into the hydroxyapatite matrix by thermal treatment can stimulate blood vessel formation, simultaneously improving the material's mechanical integrity and antibacterial properties. Moreover, it facilitates laser power absorption by the material at the laser wavelength. Thin films were prepared with controlled thicknesses using dip-coating on glass substrates, and they were irradiated by an ytterbium laser (1.070 µm wavelength). Experimental laser irradiation was systematically compared to numerical models to predict the maximum temperature produced on the film surface by laser irradiation. The evaluated parameters are the absorptivity from the copper concentration, the film thickness, and the laser source (scanning velocity and power). Combining low laser scanning speeds with low film thickness and optimised absorption tuned by the copper concentration has made possible the development of well-sintered ceramics by the PBLS technique.

The thermal insulation of the vehicles’enclosures used in refrigerated transport is a critical element both for the quality of the cold chain and for the energy consumption of these vehicles. Its efficiency is characterized by the overall insulation coefficient ("K coefficient"), which tends to increase over time due to the ageing of the enclosure. This thesis presents the results of a work carried out according to three complementary approaches to understand the ageing phenomenon. The results from experimental test campaigns have been confronted with results produced by methods from the world of data science to support physical modeling efforts. The experiments consisted of measurements of the K coefficient of prototype vehicles after their manufacturing and in service-vehicles after 12 years of use. This made it possible to evaluate the impact of the refrigerating unit and to quantify the difference between the new vehicles and their prototypes. Besides, the thermal and energy performances of a new type of vehicle built with sandwich panels with vacuum inserts in the walls were determined. The availability of a large amount of data stored in Cemafroid's Datafrig® databases makes it possible to study the ageing phenomenon using a data-centric approach. The data were statistically analysed using simple probability density concepts and artificial intelligence techniques. A numerical model of ageing was developed using a random forest algorithm: it allows the prediction of the ageing with an error of less than 6%. Finally, a 1D physical model was developed in order to understand the ageing phenomenon from a thermal point of view. This model reproduces the initial insulation performances (K_p and K_0) of a refrigerated vehicle and allows to simulate the ageing of the vehicle after 12 years of life, L'isolation thermique de la caisse des véhicules utilisés dans le transport sous température dirigée est un élément critique tant pour la qualité de la chaîne du froid que pour la consommation énergétique de ces véhicules. Son efficacité est caractérisée par le coefficient d'isolation global ("coefficient K"), qui tend à augmenter au cours du temps en raison du vieillissement de la caisse. Cette thèse présente les résultats de travaux réalisés selon trois approches complémentaires pour comprendre le vieillissement. Des résultats de campagnes d'essais expérimentaux ont été confrontés à des résultats produits par des méthodes du monde de la science des données pour conforter des efforts de modélisation physique. Les expériences ont consisté à réaliser des mesures du coefficient K d'engins prototypes après leur fabrication et d'engins en service depuis 12 ans. Ceci a permis d'évaluer l'impact du groupe frigorifique et de quantifier la différence entre les nouveaux engins et leurs prototypes. Par ailleurs, les performances thermiques et énergétiques d'un nouveau type d’engin construit avec des panneaux sandwich ayant des inserts sous vide dans les parois ont été déterminées. La disponibilité d'un grand nombre de données stockées dans les bases de données Datafrig® du Cemafroid permet d'étudier le phénomène de vieillissement par une approche centrée sur les données. Les données ont été analysées statistiquement en utilisant des concepts simples de densité de probabilité et des techniques d'intelligence artificielle. Un modèle numérique de vieillissement a été développé à partir d’un algorithme de forêt aléatoire : il permet de prédire le vieillissement avec une erreur inférieure à 6%. Enfin, un modèle physique 1D a été développé afin de comprendre le phénomène de vieillissement d'un point de vue thermique. Ce modèle reproduit les performances d'isolation initiales (K_p et K_0) d'un véhicule frigorifique et permet de simuler le vieillissement du véhicule après 12 ans de vie.

An autonomous device aimed at recovering energy from low-speed streams has been developed within the ICube laboratory. Its operation is based on the vortex-induced vibration phenomenon: immersed in a flow, a cylinder attached to a spring sees vortices appear downstream which cause a cyclic asymmetry of the pressure field on its surface, which will tend to make it oscillate. Mechanical energy can then be converted into electrical energy through the use of a generator. The aim of this thesis was to prove the concept of the device, while optimizing its operation. An analytical model has been developed to allow optimal parameters to be applied to optimize energy recovery. It also makes it possible to easily estimate the recoverable energy under given conditions. A two-dimensional digital model was then developed under OpenFoam to allow validation of the analytical model. Finally, experimental tests were carried out to verify the viability of such a device under realistic conditions.; Un dispositif autonome visant à récupérer de l'énergie de cours d'eau à faible vitesse a été développé au sein du laboratoire ICube. Son fonctionnement repose sur les vibrations induites par vortex : plongé dans un écoulement, un cylindre rattaché à un ressort voit apparaître à son aval des tourbillons qui provoquent une dissymétrie cyclique du champ de pression à sa surface, ce qui va avoir tendance à faire osciller. L'énergie mécanique qui en résulte peut ensuite être convertie en énergie électrique par l'utilisation d'une génératrice. L'enjeu de cette thèse a été de prouver le concept du dispositif, tout en optimisant son fonctionnement. Un modèle analytique a été développé pour permettre l'estimation des paramètres optimaux à appliquer pour maximiser la récupération d'énergie. Il permet en outre d'estimer de façon simple l'énergie récupérable dans des conditions données. Un modèle numérique en deux dimensions a ensuite été développé sous OpenFoam pour permettre la validation du modèle analytique. Enfin, des essais expérimentaux ont été réalisés pour vérifier la viabilité d'un tel dispositif dans des conditions réalistes.

This work focuses on the modeling of acoustic emission (AE) in a microcomposite made of carbon fiber and epoxy matrix. The main objective of this thesis is to quantify the influence of the propagation medium and of the sensor on the acoustic signal related to the breakage of a fiber, via finite element simulations carried out using the ABABQUS® software. Several studies, based on pattern recognition techniques, have shown that it is possible to correlate each AE signal to the different damage mechanisms (fiber breakage, matrix cracking, interfacial fiber / matrix debonding, delamination, etc. ). However, the acoustic signature is not universal; it strongly depends on the material, the structure, the sensors and the acquisition system. In the AE qualitative analysis, propagation and signal modifications are not taken into account. In this context, the validation of the acoustic signature is delicate and the results are difficult to generalize. A quantitative approach based on the simulation of AE and the entire acquisition chain is necessary in order to make the use of AE more reliable and to give robustness to the diagnosis and prognosis. In this work, a numerical model of the carbon fiber failure embedded in an epoxy matrix is established. This numerical model is validated by comparison with the experimental results. A parametric study is carried out in order to identify the effect of the different parts of the AE chain, in particular the effect of the propagation medium and of the sensor. An extension of this numerical model is also proposed in order to simulate another AE source, the interfacial fiber / matrix debonding. These numerical AE signals can be used in addition to experimental data to build libraries for life prediction approaches, based on machine learning methods in a PHM (Prognosis Heath management) type approach., Ce travail porte sur la simulation de l’émission acoustique (EA) dans un microcomposite constitué d’une fibre de carbone et de matrice époxy. L’objectif principal de cette thèse est de quantifier l’influence du milieu de propagation et du capteur sur le signal acoustique lié à la rupture d’une fibre, via une simulation par Eléments Finis réalisée à l’aide du logiciel ABABQUS®. De nombreuses études, basées sur des techniques de reconnaissance de formes, ont montré qu’il est possible de relier chaque signal d’EA aux différents mécanismes d’endommagement (rupture de fibre, fissuration matricielle, décohésion interfaciale fibre/matrice, délaminage, …). Cependant, la signature acoustique n’est pas universelle, elle dépend fortement du matériau, de la structure, des capteurs et du système d’acquisition. Dans l’analyse de EA qualitative, la propagation et les altérations du signal ne sont pas prises en compte. Dans ce contexte, la validation de la signature acoustique est délicate et les résultats difficilement généralisables. Une approche quantitative basée sur la simulation de l’EA et de toute la chaine d’acquisition est nécessaire afin de fiabiliser l’utilisation de l’EA et de donner de la robustesse au diagnostic et au pronostic. Dans ce travail, un modèle numérique de la rupture de fibre en carbone noyée dans une matrice époxy est établi. Ce modèle numérique est validé par comparaison avec les résultats d’essais. Une étude paramétrique est effectuée afin d’identifier l’effet des différents éléments formant la chaîne d’EA, notamment l’effet du milieu de propagation et du capteur. Une extension de ce modèle numérique est également proposée afin de simuler une autre source d’EA, la décohésion interfaciale fibre/matrice. Ces signaux virtuels d’EA pourront être utilisés en complément de données expérimentales afin de construire des bibliothèques pour des approches de prévision de durée vie basées sur des méthodes d’apprentissage automatique dans une approche de type PHM (Pronostic Heath management).

In the context of developing renewable energies, storing energy improves energy efficiency and promotes the insertion of intermittent renewable energies. It consists of accumulating energy for later use in a place that may be the same or different from the place of production. Converting electrical energy to high-pressure air seems a promising solution in the energy storage field: it is characterized by a high reliability, low environmental impact and a remarkable stored energy density (kWh/m3). Currently, many researchers are focusing on developing small scale of the compressed air energy storage system (CAES) coupled to a building applications based on the work done for multiple large scale CAES systems installed in the world. A global numerical model of trigeneration CAES system coupled to a building model and renewable energy modules was developed in order to analyze the CAES system behavior responding to electrical, hot and cold energy building demand. Different energy scenarios (autonomous and connected to the grid modes), geographical locations and building typologies were proposed and analyzed. The CAES numerical model development is based on solving energy and heat transfer equations for each system component (compressor/expander, heat exchanger, high pressure air reservoir, thermal water storage tank). Adiabatic compressor and expander were firstly selected to investigate the trigeneration advanced adiabatic compressed air energy system (AA-CAES) coupled to the building and to grids with the different scenarios described above. Similar to adiabatic components, quasi-isothermal compressor and expander developed by LightSail Energy and Enairys Powertech were also analyzed by solving the energy and heat transfer equations for each phase of the compression and expansion processes. These analytical models allowed us to have a better understanding of these technologies operations and to have several orders of magnitudes of different physical parameters. I-CAES and AA-CAES were also compared from a financial point of view based on compressed air market analysis. Three different prototypes were studied: Two AA-CAES systems (ideal and virtual (some of which are based on commercial units found in the compressed air market)) and one I-CAES system (based on LightSail Energy CAES prototype)., Le développement des énergies renouvelables pose la question du stockage de l’énergie électrique. L’utilisation du stockage par air comprimé semble une solution prometteuse dans le domaine du stockage d'énergie : elle se caractérise par une grande fiabilité, un faible impact environnemental et une remarquable densité énergétique stockée (kWh/m3). Jusqu’à présent, l'air comprimé a été utilisé dans de nombreux domaines comme vecteur d’énergie pour stocker différentes formes d'énergies (transport routier, poste pneumatique, plongée sous-marine). Néanmoins, actuellement de nombreux chercheurs se concentrent sur le développement de stockage d'énergie par air comprimé (CAES) à petite échelle couplé à une application de bâtiment en se basant sur les travaux développés pour les multiples systèmes de CAES à grande échelle installés dans le monde. Un modèle numérique global du système de stockage par air comprimé à petite échelle, couplé à un modèle de bâtiment et à des modules d’énergie renouvelable a été développé dans le but de modéliser différents compresseurs/détendeurs et structures d’installation développés par plusieurs startups (LightSail Energy et Enairys Powertech) et chercheurs. Les compresseurs et détendeurs adiabatiques ont d’abord été sélectionnés pour étudier le système de trigénération de stockage d'énergie par air comprimé adiabatique avancé (AA-CAES) couplé au bâtiment et aux réseaux avec les différents scénarios décrits ci-dessus. Les compresseurs et détendeurs quasi-isothermes développés par LightSail Energy et Enairys Powertech ont été modélisés pour chaque phase de la compression et de la détente. Ces modèles analytiques ont permis une meilleure compréhension du fonctionnement principal de ces technologies et d'avoir l’ordre de grandeur de différents paramètres physiques. Les systèmes I-CAES et AA-CAES sont comparés d'un point de vue financier en se référant à une analyse du marché des systèmes de production/utilisation de l'air comprimé. Trois prototypes différents ont été étudiés: deux systèmes AA-CAES (idéal et virtuel (basés sur des unités commerciales trouvées sur le marché de l'air comprimé)) et un système I-CAES (basé sur le prototype LightSail Energy CAES).

This doctoral thesis focuses on the numerical prediction of the sound transmission of insulating double glazing and wooden windows in the low frequency range. In this context, the finite element method is used to solve the multiphysical problem. This choice is justified by the fact that this approach is suitable for the resolution of fluid-structure interaction problems in low frequencies, due in particular to its flexibility in taking into account the coupling between domains and the geometrical and material complexities of the structures. To reach the desired objective, experimental modal analyses of the main components of a window, and then of a complete window, are performed in order to calibrate the numerical models. In addition, the effect of experimental conditions on the measurement of the sound transmission loss is analysed through the definition of four numerical configurations of the acoustic laboratory test. These configurations, whose difference is linked to the representation of the emitting and receiving chambers, allow to highlight their influence on the determination of the transmission loss below the Shroeder frequency. The numerical results, obtained with a free-field configuration for double glazing and windows, are compared to experimental results to evaluate the efficiency and validity of the developed models. Finally, parametric studies are carried out to investigate the influence on the sound transmission loss of some parameters such as (i) the properties of the glazing or sealing system, (ii) the characteristics of the inter-glazing cavity, and (iii) the boundary conditions., Les travaux de cette thèse portent sur la prédiction numérique de la transmission acoustique de doubles vitrages isolants et de fenêtres en menuiserie bois dans le domaine des basses fréquences. Dans ce cadre, pour la résolution du problème multiphysique, la méthode des éléments finis est utilisée. Ce choix est justifié par le fait que cette approche est adaptée à la résolution des problèmes d'interaction fluide-structure en basse fréquence, grâce notamment à sa souplesse dans la prise en compte du couplage entre domaines et des complexités géométriques et matérielles des structures. Pour atteindre l'objectif visé, des analyses modales expérimentales des principaux composants d'une fenêtre, puis d'une fenêtre complète, sont réalisées afin de recaler les différents modèles numériques. De plus, l'effet des conditions expérimentales sur la mesure de l'indice d'affaiblissement acoustique est analysé au travers de la définition de quatre configurations numériques de l'essai acoustique en laboratoire. Ces configurations, dont la différence est liée à la représentation des salles d'émission et de réception, permettent de caractériser leur influence sur la détermination de l'indice d'affaiblissement acoustique en dessous de la fréquence de Shroeder. Les résultats numériques, obtenus avec une configuration en champ libre pour des doubles vitrages et des fenêtres, sont comparés à des résultats expérimentaux pour évaluer l'efficacité et la validité des modèles développés. Enfin, des études paramétriques sont menées pour étudier l'influence sur l'indice d'affaiblissement acoustique de certains paramètres tels que (i) les propriétés des vitres ou du système d'étanchéité, (ii) les caractéristiques de la cavité inter-vitrage, et (iii) les conditions aux limites.

This doctoral thesis focuses on the numerical prediction of the sound transmission of insulating double glazing and wooden windows in the low frequency range. In this context, the finite element method is used to solve the multiphysical problem. This choice is justified by the fact that this approach is suitable for the resolution of fluid-structure interaction problems in low frequencies, due in particular to its flexibility in taking into account the coupling between domains and the geometrical and material complexities of the structures. To reach the desired objective, experimental modal analyses of the main components of a window, and then of a complete window, are performed in order to calibrate the numerical models. In addition, the effect of experimental conditions on the measurement of the sound transmission loss is analysed through the definition of four numerical configurations of the acoustic laboratory test. These configurations, whose difference is linked to the representation of the emitting and receiving chambers, allow to highlight their influence on the determination of the transmission loss below the Shroeder frequency. The numerical results, obtained with a free-field configuration for double glazing and windows, are compared to experimental results to evaluate the efficiency and validity of the developed models. Finally, parametric studies are carried out to investigate the influence on the sound transmission loss of some parameters such as (i) the properties of the glazing or sealing system, (ii) the characteristics of the inter-glazing cavity, and (iii) the boundary conditions.; Les travaux de cette thèse portent sur la prédiction numérique de la transmission acoustique de doubles vitrages isolants et de fenêtres en menuiserie bois dans le domaine des basses fréquences. Dans ce cadre, pour la résolution du problème multiphysique, la méthode des éléments finis est utilisée. Ce choix est justifié par le fait que cette approche est adaptée à la résolution des problèmes d'interaction fluide-structure en basse fréquence, grâce notamment à sa souplesse dans la prise en compte du couplage entre domaines et des complexités géométriques et matérielles des structures. Pour atteindre l'objectif visé, des analyses modales expérimentales des principaux composants d'une fenêtre, puis d'une fenêtre complète, sont réalisées afin de recaler les différents modèles numériques. De plus, l'effet des conditions expérimentales sur la mesure de l'indice d'affaiblissement acoustique est analysé au travers de la définition de quatre configurations numériques de l'essai acoustique en laboratoire. Ces configurations, dont la différence est liée à la représentation des salles d'émission et de réception, permettent de caractériser leur influence sur la détermination de l'indice d'affaiblissement acoustique en dessous de la fréquence de Shroeder. Les résultats numériques, obtenus avec une configuration en champ libre pour des doubles vitrages et des fenêtres, sont comparés à des résultats expérimentaux pour évaluer l'efficacité et la validité des modèles développés. Enfin, des études paramétriques sont menées pour étudier l'influence sur l'indice d'affaiblissement acoustique de certains paramètres tels que (i) les propriétés des vitres ou du système d'étanchéité, (ii) les caractéristiques de la cavité inter-vitrage, et (iii) les conditions aux limites.

The Maxwell radiation field is an essential physical characteristic of a galaxy. Here, an analytical model is built to simulate that field in an axisymmetric galaxy. This analytical model is based on an explicit representation for axisymmetric source-free Maxwell fields. In a previous work, the general applicability of this representation has been proved. The model is adjusted by fitting to it the sum of spherical radiations emitted by the composing "stars". The huge ratio distance/wavelength needs to implement a numerical precision better than the quadruple precision. The model passes a validation test based on a spherically symmetric solution. The results for a set of "stars" representative of a disk galaxy indicate that the field is highest near to the disk axis, and there the axial component of ${\bf E}$ dominates over the radial one. This work will allow us in the future to check if the interaction energy predicted by an alternative theory of gravitation might be a component of dark matter. {\bf Keywords:} Disk galaxy; Maxwell equations; axial symmetry; exact solutions; numerical model; dark matter., 33 pages, 9 figures

ICTAEM 2020, Proceedings of the Third International Conference on Theoretical, Applied and Experimental Mechanics , Athenes, GRECE, 14-/06/2020 - 17/06/2020; The paper presents an experimental test of macrocrack propagation in bones associated with a numerical strategy to determine from this test some mechanical properties by inverse identification. A 3 point bending test is performed on a notched segment of long human bone, and the load vs notch opening displacement is measured. The compliance method is applied in the context of a realistic FE simulation of the test. A first application of this methodology is described and shows its feasibility and capabilities. The ultimate objective of this research project is to develop a probabilistic modelling of the macrocracking processes in human long bone tissues based on an experimental database of mechanical parameters fed up by this methodology.

Geosynthetics were used since 1970 in the base course reinforcement supported by soft subgrade in unpaved road application. The various factors and parameters influencing the dominant mechanism and its relative contribution on the platform improvement explain the need of more investigations in this topic. In this research work, large-scale laboratory test was developed to study the reinforcement contribution in the unpaved road improvement. Therefore, an unpaved platform was built of 600 mm of artificial subgrade supporting a base course layer. A detailed experimental Protocol was established regarding the soil preparation, the installation and the soils compaction procedure to reproduce the site conditions and insure the platform repeatability for each test. Three geosynthetics were tested first under a cyclic plate load test. Cyclic load was performed on the prepared platform, with a maximum load of 40 kN resulting in a maximum applied pressure of 560 kPa. The platform was subjected to 10,000 cycles with a frequency of 0.77 Hz. An advanced and complete soil instrumentation was provided in order to collect the maximum data needed for thorough analysis. Quality control tests were performed before each test to verify the soil layers homogeneity and properties. Two base course thicknesses were tested under this test condition, 350 and 220 mm. Once the developed protocol was confirmed under the circular plate load tests, further tests using the Simulator Accelerator of Traffic (SAT) were performed. Indeed, the laboratory prepared platform was placed in a larger box of 1.8 m in large, 5 m in length and 1.1 m in height. The prepared platform was subjected to two solicitations: a particular plate and traffic load. The Simulator Accelerator of Traffic was developed specially for this application. A machine that simulates the traffic load under an effective length of 2 m and a velocity of 4 km/h. The two areas were instrumented: the area under the circulation load, and the area under the plat load, located aside. In addition, a numerical model based on the differential element method using FLAC 3D was developed. The model simulated the circular plate load test with the same platform configuration under monotonic load. The results were compared to the first monotonic load applied on the rigid plate experimentally.; Les géosynthétiques sont utilisés depuis les années 70 dans le renforcement des plateformes granulaires reposant sur des sols de faible portance pour des applications de routes non revêtues. La complexité des mécanismes développés et la diversité des produits de renforcement nécessitent encore d’étudier ces plateformes renforcées. Un essai au laboratoire permettant de tester des plateformes à échelle réelle a été développé. Une plateforme granulaire non revêtue reposant sur un sol de faible portance a été reproduite. Un protocole de mise en place de ce sol a été élaboré pour assurer son homogénéité et la répétabilité des essais. Une instrumentation spécifique a été développée pour collecter le maximum de mesures utiles pour l’interprétation du transfert de charge et du comportement des géogrilles utilisées. Trois types de géogrille ont été testées : une géogrille extrudée et deux géogrilles tricotées de rigidité différente. Après de nombreux essais de faisabilité, dix essais ont été effectués sous un chargement cyclique sur plaque circulaire, la plateforme testée a été placée dans un banc d’essai de 1,8 m de large, 1,9 m de long et 1,1 m de haut. Sur la base du même protocole de mise en œuvre, des essais de circulation avec un Simulateur Accélérateur de Traffic (SAT) ont été effectués. Ce simulateur a été spécifiquement conçu et construit pour cette application. Pour ces essais, la plateforme testée a été placée dans le banc d’essai allongé à 5 m. La plateforme a été soumise à deux types de sollicitations : un chargement cyclique sur plaque et un chargement de circulation. Des essais de répétabilité ont permis de vérifier le protocole mis en place. A partir des essais, plusieurs observations ont pu être faites sur le comportement des plateformes granulaires, le sol peu porteur, et sur l’efficacité du renforcement. De plus, ces essais ont permis de montrer que le chargement de circulation est beaucoup plus endommageant que le chargement sur plaque. Parallèlement à ces essais, un modèle numérique a été développé en se basant sur la méthode des différences finies avec le logiciel FLAC 3D. Cette modélisation a permis de prédire le comportement de la plateforme sous le premier chargement de plaque.

The composite materials, including CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer), are increasingly used in aeronautics and automotives which is currently raising many complications in the machining processes. As those materials are made with multiple phases, they are accountable for poor machining quality and undesired defects. This thesis seeks to better understand the fundamental physical technique involved in chip formation mechanism in orthogonal cutting of CFRP machining by combined numerical and experimental studies. Then, the analysis focuses to how certain cutting parameters, e.g., cutting depth, affect to the cutting efforts, surface quality, interply delaminations, inner crack generation and to generated chip shape and size. Moreover, an experimental observation has been made to find out the minimum cuttable depth below which the material does not get cut smoothly over the whole surface. This research work has been finished by a preliminary study on cutting tool wear mechanism.; Les matériaux composites, y compris le PRFC (polymère renforcé de fibre de carbone), sont de plus en plus utilisés en aéronautique et dans l'automobile, ce qui soulève actuellement de nombreuses complications dans les processus d'usinage. Comme ces matériaux sont fabriqués en plusieurs phases, ils sont responsables d'une mauvaise qualité d'usinage et de défauts indésirables. Cette thèse vise à mieux comprendre la technique physique fondamentale impliquée dans le mécanisme de formation de copeaux dans le découpage orthogonal d'usinage en PRFC par des études numériques et expérimentales combinées. Ensuite, l'analyse se concentre sur la manière dont certains paramètres de coupe, par exemple, la profondeur de coupe, affectent les efforts de coupe, la qualité de surface, les délaminations entre couches, la génération de fissures internes et la forme et la taille de copeaux générées. De plus, une observation expérimentale a été faite pour déterminer la profondeur de coupe minimale en dessous de laquelle le matériau ne peut pas être coupé en douceur sur toute la surface. Ce travail de recherche a été complété par une étude préliminaire sur le mécanisme d'usure des outils de coupe.

The composite materials, including CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer), are increasingly used in aeronautics and automotives which is currently raising many complications in the machining processes. As those materials are made with multiple phases, they are accountable for poor machining quality and undesired defects. This thesis seeks to better understand the fundamental physical technique involved in chip formation mechanism in orthogonal cutting of CFRP machining by combined numerical and experimental studies. Then, the analysis focuses to how certain cutting parameters, e.g., cutting depth, affect to the cutting efforts, surface quality, interply delaminations, inner crack generation and to generated chip shape and size. Moreover, an experimental observation has been made to find out the minimum cuttable depth below which the material does not get cut smoothly over the whole surface. This research work has been finished by a preliminary study on cutting tool wear mechanism.; Les matériaux composites, y compris le PRFC (polymère renforcé de fibre de carbone), sont de plus en plus utilisés en aéronautique et dans l'automobile, ce qui soulève actuellement de nombreuses complications dans les processus d'usinage. Comme ces matériaux sont fabriqués en plusieurs phases, ils sont responsables d'une mauvaise qualité d'usinage et de défauts indésirables. Cette thèse vise à mieux comprendre la technique physique fondamentale impliquée dans le mécanisme de formation de copeaux dans le découpage orthogonal d'usinage en PRFC par des études numériques et expérimentales combinées. Ensuite, l'analyse se concentre sur la manière dont certains paramètres de coupe, par exemple, la profondeur de coupe, affectent les efforts de coupe, la qualité de surface, les délaminations entre couches, la génération de fissures internes et la forme et la taille de copeaux générées. De plus, une observation expérimentale a été faite pour déterminer la profondeur de coupe minimale en dessous de laquelle le matériau ne peut pas être coupé en douceur sur toute la surface. Ce travail de recherche a été complété par une étude préliminaire sur le mécanisme d'usure des outils de coupe.

The deformation of textile composite reinforcements is strongly conditioned by their fibrous composition. Classic plate and shell theories are based on kinematic assumptions that are not verified for textile reinforcements. Experiments show that the slippage between fiber (layer) in the thickness makes the specificity of fibrous materials. The RTM process (one of the forming process) is widely used to obtain composite parts with complex geometry is with great importance. In order to optimize the manufacturing of product, numerical models are necessary. Therefore, a 3D shell approach specific to fiber reinforcements is proposed which is based on two specificities: the quasi-inextensibility of the fibers and the possible sliding between the fibers. This approach is developed in the frame of continuum-based shell, the new assumption who based on the conservation of the thickness is applied to the kinematic equation. The theory of virtual power reflects the specific deformation of the fibrous reinforcements. It considers the tensile and bending stiffness of the fibers and the in-plan shear stiffness. The friction between fibers is taken into account in a simple way in connection with bending. The present approach is based on the real physics of the deformation of textile reinforcements. It simulates the 3D deformations of textile reinforcements and provides displacements and deformations for all the points along the thickness of the fabric and simulates the correct rotations of the material director. Finally, experiments and simulations performed on multilayer reinforcements are presented in this work, and a new method of experimentation is proposed., La déformation des renforts composites textiles est fortement conditionnée par leur composition fibreuse. Les théories classiques des plaques et des coques sont basées sur des hypothèses cinématiques qui ne sont pas vérifiées pour les renforts textiles. Des expérimentations montrent que le glissement entre fibres (couche) dans l’épaisseur fait la spécificité des matériaux fibreux. Le processus RTM (Resin Transfer Molding) est largement utilisé pour obtenir des pièces composites avec géométrie complexe. La mise en forme est une étape très importante. Afin d’optimiser la fabrication de produit (spécialement le tissu multicouche), des modèles numériques sont nécessaires. Par conséquent une approche de coque 3D spécifique aux renforts fibreux est proposée. Elle est basée sur deux spécificités : la quasi-inextensibilité des fibres et le glissement possible entre les fibres. L'approche est développée dans le cadre « Continuum-based shells ». La nouvelle hypothèse basée sur la conservation d’épaisseur est appliquée dans l’équation cinématique. La forme de puissance virtuelle reflète les spécificités de la déformation des renforts fibreux. Il prend en compte la rigidité de traction et de flexion des fibres et aussi de cisaillement dans le plan. Le frottement entre fibres est pris en compte de manière simple en lien avec la flexion. La présente approche est basée sur la physique réelle de la déformation des renforts textiles. Il permet de simuler les déformations 3D des renforts textiles et fournit des déplacements et déformations pour tous les points dans l'épaisseur du tissu et les bonnes rotations du directeur matériel. Enfin, des expérimentations et simulations réalisées sur des renforts multicouches sont présentées dans ce travail, et une nouvelle méthode d’expérimentation est proposée.

International audience; This paper presents a multiscale model developed for the modelling of multiphase flow in fractured reservoirs, particularly in coal seams during coalbed methane recovery (or carbon dioxide storage). The variation of gas content in the matrix induces a shrinkage/swelling of the material which is likely to affect the fractures and thus the permeability of the rock. In addition, the permeability is also sensitive to the effective stress evolution. In order to simulate the reservoir production taking into account the cleat-scale phenomena on their specific length, a cleat-scale model is used for the modelling of the Representative Elementary Volume (REV at microscale). This cleat-scale model is integrated in a multiscale approach using the finite element square method. It consists to localize the macroscale deformation to the microscale by applying appropriate boundaries, then resolve the boundary value problem on the microscale with finite elements, then homogenize the microscale stresses with appropriate averages to compute macroscopic quantities, and finally resolve the boundary value problem on the macroscale with finite elements. This approach has the advantage that it does not require to write some constitutive laws at the macroscale but only at the REV-scale. The model is developed and implemented in a finite element code and then used for reservoir modelling. A synthetic case is first considered to demonstrate the ability of the model to obtain some bell-shape production curves as expected for unconventional reservoirs. Finally, a history matching exercise is carried out.

International audience; European guidelines for fire performance evaluation of post-installed anchoring systems are limited to mechanical (e.g., expansive, undercut) mechanisms of load transfer and the steel failure mode, whereas the adhesive bond mechanism remains unaccounted for in chemically bonded anchors. Furthermore, current evaluation methods do not account for the influence of practical testing conditions on temperature profiles along the bonded depth. This paper presents 3D finite element thermal simulations of chemically bonded anchors in uncracked concrete exposed to ISO 834 fire conditions with comparisons to experimental specimens. Five parameters representing application and testing conditions are investigated to assess their influence on temperature profiles along the embedment depth of bonded anchors. A numerical model is proposed based on the results of the numerical simulations to determine thermal data necessary for predicting the load-bearing capacities of bonded anchors using the Resistance Integration Method. The model adopts Eurocode material properties for concrete and steel, with 3D analysis yielding conservative capacity prediction compared to physical fire tests. 3D and 2D simulation results are compared, demonstrating that modelling using 2D heat transfer analysis yields inaccurate temperature profiles compared to 3D modelling. After experimental validation of the proposed model, additional parameters are explored in a numerical parametric study: embedded depth, external length of the anchor element, insulation of the anchor element, and insulation of the concrete element. Results show that the embedded depth has a significant influence on temperature profiles along the bond. Moreover, the external length of the anchor influences temperature profiles, but not beyond 20 mm from the concrete surface.

Publisher: Elsevier Ltd; International audience; Models of social-ecological systems (SES) are acknowledged as an important tool to understand human-nature relations. However, many SES models fail to integrate adequate information from both the human and ecological subsystems. With an example model of a future Offshore Wind Farm development and its effects on both the ecosystem and local human population, we illustrate a method facilitating a “balanced” SES model, in terms of including information from both subsystems. We use qualitative mathematical modeling, which allows to quickly analyze the structure and dynamics of a system without including quantitative data, and therefore to compare alternative system structures based on different understandings of how the system works. By including similar number of system variables in the two subsystems, we balanced the complexity between them. Our analyses show that this complexity is important in order to predict indirect and sometimes counterintuitive effects. We also highlight some conceptually important questions concerning social compensations during developmental projects in general, and wind farms in particular. Our results suggest that the more project holders get involved in various manner in the local socio-ecological system, the more society will benefit as a whole. Increased involvement through e.g. new projects or job-opportunities around the windfarm has the capacity to offset the negative effects of the windfarm on the local community. These benefits are enhanced when there is an overall acceptance and appropriation of the project. We suggest this method as a tool to support the decision-making process and to facilitate discussions between stakeholders, especially among local communities. © The Authors

Geosynthetics were used since 1970 in the base course reinforcement supported by soft subgrade in unpaved road application. The various factors and parameters influencing the dominant mechanism and its relative contribution on the platform improvement explain the need of more investigations in this topic. In this research work, large-scale laboratory test was developed to study the reinforcement contribution in the unpaved road improvement. Therefore, an unpaved platform was built of 600 mm of artificial subgrade supporting a base course layer. A detailed experimental Protocol was established regarding the soil preparation, the installation and the soils compaction procedure to reproduce the site conditions and insure the platform repeatability for each test. Three geosynthetics were tested first under a cyclic plate load test. Cyclic load was performed on the prepared platform, with a maximum load of 40 kN resulting in a maximum applied pressure of 560 kPa. The platform was subjected to 10,000 cycles with a frequency of 0.77 Hz. An advanced and complete soil instrumentation was provided in order to collect the maximum data needed for thorough analysis. Quality control tests were performed before each test to verify the soil layers homogeneity and properties. Two base course thicknesses were tested under this test condition, 350 and 220 mm. Once the developed protocol was confirmed under the circular plate load tests, further tests using the Simulator Accelerator of Traffic (SAT) were performed. Indeed, the laboratory prepared platform was placed in a larger box of 1.8 m in large, 5 m in length and 1.1 m in height. The prepared platform was subjected to two solicitations: a particular plate and traffic load. The Simulator Accelerator of Traffic was developed specially for this application. A machine that simulates the traffic load under an effective length of 2 m and a velocity of 4 km/h. The two areas were instrumented: the area under the circulation load, and the area under the plat load, located aside. In addition, a numerical model based on the differential element method using FLAC 3D was developed. The model simulated the circular plate load test with the same platform configuration under monotonic load. The results were compared to the first monotonic load applied on the rigid plate experimentally., Les géosynthétiques sont utilisés depuis les années 70 dans le renforcement des plateformes granulaires reposant sur des sols de faible portance pour des applications de routes non revêtues. La complexité des mécanismes développés et la diversité des produits de renforcement nécessitent encore d’étudier ces plateformes renforcées. Un essai au laboratoire permettant de tester des plateformes à échelle réelle a été développé. Une plateforme granulaire non revêtue reposant sur un sol de faible portance a été reproduite. Un protocole de mise en place de ce sol a été élaboré pour assurer son homogénéité et la répétabilité des essais. Une instrumentation spécifique a été développée pour collecter le maximum de mesures utiles pour l’interprétation du transfert de charge et du comportement des géogrilles utilisées. Trois types de géogrille ont été testées : une géogrille extrudée et deux géogrilles tricotées de rigidité différente. Après de nombreux essais de faisabilité, dix essais ont été effectués sous un chargement cyclique sur plaque circulaire, la plateforme testée a été placée dans un banc d’essai de 1,8 m de large, 1,9 m de long et 1,1 m de haut. Sur la base du même protocole de mise en œuvre, des essais de circulation avec un Simulateur Accélérateur de Traffic (SAT) ont été effectués. Ce simulateur a été spécifiquement conçu et construit pour cette application. Pour ces essais, la plateforme testée a été placée dans le banc d’essai allongé à 5 m. La plateforme a été soumise à deux types de sollicitations : un chargement cyclique sur plaque et un chargement de circulation. Des essais de répétabilité ont permis de vérifier le protocole mis en place. A partir des essais, plusieurs observations ont pu être faites sur le comportement des plateformes granulaires, le sol peu porteur, et sur l’efficacité du renforcement. De plus, ces essais ont permis de montrer que le chargement de circulation est beaucoup plus endommageant que le chargement sur plaque. Parallèlement à ces essais, un modèle numérique a été développé en se basant sur la méthode des différences finies avec le logiciel FLAC 3D. Cette modélisation a permis de prédire le comportement de la plateforme sous le premier chargement de plaque.

The reawakening of volcanoes asleep since hundreds or thousands years (ex. Komagatake, 1640; Pinatubo, 1991) is a mysterious phenomenon. Volcanic eruptions are the surface expressions of processes occurring in the underlying magmatic systems. Long-lived magmatic reservoirs located in the upper crust have been shown to result from the accumulation of intrusions of new magmas, and spend most of their dwelling time as mush. A mush is a magma that is cooled and crystallized, in which the crystals are touching each other to form a rigid framework, that inhibit its ability to flow. The generation of eruptible conditions requires destabilizing the force chains link crystals in contact. Such destabilization is often thought to be triggered by the recharge of the mush with new magma. A better understanding of the physical processes occurring in magmatic reservoirs by the emplacement of new magma is required to identify the conditions that primer in volcanic eruptions. The characterization of the effects of the intrusion on the physical conditions of the magmatic reservoir and on the associated geophysical signals is necessary to best mitigate volcanic hazards.This thesis explores first the physical processes controlling the motions of the crystals in magmas and mush. Previous studies have not considered the presence of lubrication forces. These hydrodynamic forces are opposed to the relative motions between neighboring crystals. By developing scaling relationships of the importance of the forces controlling the motion of the solids, and numerical simulations using a Discrete Element Method coupled with a Computational Fluid Dynamic approach (CFD-DEM), we constrained the effects of lubrication on magmas and defined a dimensionless number able to predict lubrication importance. Results show that lubrication is opposed to the onset or the arrest of motions within the mush. Neglecting lubrication results in underestimating the duration of transient dynamics, but does not affect the quantification of steady-state dynamics.We then used CFD-DEM simulations to explore the emplacement mechanisms of mobile magmas within mush and their effects on the magmatic reservoir. Results show that the behavior of the intrusion is controlled by the injection velocity and by the density contrast between the two melt phases of the resident mush and the intruded material. Under most natural conditions, simulations suggest that the intruded magma is expected to pond at the base of the mush and to be emplaced as a horizontal layer. This scenario does not lead to a high degree of mixing nor to conditions for which an eruption may be triggered rapidly. The recharge in new magmas, however, generates conditions propitious for the extraction of eruptible magmas from the mush. It appears that the unfolding of a recharge event depends on the evolution of the density contrast between the mush interstitial melt and the intruded melt and on the thermal exchanges following the intrusion.The detection of volumes composed by eruptible magmas from seismic signals requires knowledge of their seismic properties, which are yet poorly constrained. We used the coupled phase approach to compute the propagation velocities and attenuation coefficients of seismic waves in magmas. This approach is based on the linearization of the continuum conservation equations that control the motions of the fluid and the solids. Results show that, in crystal-bearing magmas, the propagation velocity of compressional waves is mainly controlled by the crystal volume faction. The measure of the intrinsic attenuation coefficient is required to distinguish the chemical composition of the magmas. The joint monitoring in time of seismic waves velocities and intrinsic attenuation coefficients seems the most suitable method to detect the initiation of an eruption from a magmatic reservoir.; Le réveil de volcans endormis depuis de nombreuses années (ex. Komagatake, 1640; Pinatubo, 1991) est un phénomène qui reste mystérieux. Les éruptions volcaniques sont les expressions de surface de processus prenant place dans le système magmatique sous-jacent. Les réservoirs magmatiques situés dans la croûte supérieure sont formés par des injections répétées de magmas mobiles, et résident la plupart du temps à l’état de mush. Un mush est un magma refroidi et cristallisé, où les cristaux se touchent et forment un squelette rigide qui inhibe sa capacité à s’écouler. Les chaines de forces liant ces cristaux en contact doivent être déstabilisées afin de générer des conditions pouvant mener à une éruption. Une telle déstabilisation est souvent considérée comme le résultat de la recharge du réservoir. Une meilleure compréhension des processus physiques liés à la recharge d’un mush est donc nécessaire afin d’identifier les conditions qui favorisent le déclenchement d’une éruption volcanique. La caractérisation de l’effet d’une intrusion sur les conditions physiques du réservoir et sur les signaux géophysiques associés, est nécessaire pour permettre la détection des dynamiques menant à une éruption, et de gérer au mieux les risques associés.Cette thèse explore dans un premier temps les processus physiques qui contrôlent le mouvement des cristaux dans les magmas et les mush. Les études précédentes ne considéraient pas les forces de lubrification. Ces forces hydrodynamiques sont opposées au mouvement relatif entre deux cristaux voisins. A l’aide de lois d’échelle quantifiant l’importance des différentes forces contrôlant le mouvement des cristaux et de simulations numériques utilisant la méthode des éléments discrets, couplée à la modélisation dynamique de la phase fluide (CFD-DEM), nous avons contraint l’effet de la lubrification et défini un nombre sans dimension indiquant son importance. Les résultats montrent que la lubrification s’oppose à l’initiation ou l’arrêt de mouvements dans le mush. La négliger sous-estime la durée des phases transitoires mais n’affecte pas la quantification de l’état stationnaire de l’écoulement.Nous avons utilisé des simulations CFD-DEM afin d’explorer les mécanismes d’emplacement de magmas mobiles dans un mush. Les résultats montrent que le comportement de l’intrusion est contrôlé par la vitesse d’injection et le contraste de densité entre la phase fondue du mush et celle du magma mis en place. Dans la plupart des conditions naturelles, les simulations montrent que le magma injecté se met en place sous forme d’une couche horizontale à la base du mush. Cette situation ne résulte ni en un mélange efficace entre mush et intrusion, ni en des dynamiques permettant de générer immédiatement une éruption. En revanche, la recharge du mush génère des conditions qui peuvent mener à la génération et à l’extraction de volumes de magmas possédant une éruptivité. Il apparait que le déroulement d’un événement de recharge dépend de l’évolution de la densité relative entre la phase fondue du mush et celle du magma mis en place et de l’évolution thermique qui suit l’intrusion.La détection de volumes de magmas possédant une éruptivité à partir de données sismiques requiert une connaissance de leurs propriétés sismiques. Ces propriétés sont à ce jour mal contraintes. En utilisant une approche de phases couplées basée sur la linéarisation des équations conservatives contrôlant le mouvement des phases fluide et solide, nous avons calculé les vitesses de propagation et facteurs d’atténuation des ondes sismiques dans les magmas. Les résultats montrent que, dans les magmas chargés en cristaux, la vitesse des ondes dépend principalement du contenu en cristaux. Distinguer des magmas de différentes compositions chimiques nécessite de mesurer l’atténuation intrinsèque. Le suivi des évolutions conjointes de ces deux observables semble être l’approche la plus à même de détecter des dynamiques magmatiques menant à une éruption.

The present thesis is part of a long-term objective to control the drying step of ceramic green bodies in real-time. Given this general aim, the present work is based on two complimentary parts. The first part deals with the measurement of drying parameters (sample temperature, moisture content and dimension changes by an optical method). Then, since the ultimate objective of this work is the construction of a numerical model, an experimental evaluation of physical properties involved during drying is made for input into the model. The current study is focused on two technologically important materials frequently used in the ceramic industry which are alumina and clays (kaolin here). Alumina is one of most common raw materials used in technical ceramics and kaolin is typically used in traditional ceramics. Experimentally, the macroscopic drying behaviour of both materials zqs determined as well as the dependence of physical properties (in particular the diffusion coefficient and the thermal conductivity) on moisture content as drying proceeds. Furthermore, a study on the spatial distributions of water within the ceramic green body at different scales (MRI and ESEM) is used to interpret how physical properties vary with moisture content. Then, from the examination of numerous situations of drying, we concluded that the proposed numerical model yields good predictions of moisture content and the green body temperature. These parameters can help to evaluate progress in the drying step with eventual feedback in process control.; Cette thèse s’inscrit dans un objectif à long terme de contrôle et de pilotage en temps réel du séchage des produits céramiques. Pour cela, cette étude se décompose en deux volets. Une première partie expérimentale qui porte sur la détermination en temps réel des paramètres de séchage (température de l’échantillon, teneur en eau et variations dimensionnelles par méthode optique). Une seconde partie, quant à elle, consiste à étudier l’évolution des propriétés physiques des matériaux pendant le séchage pour ensuite construire un modèle numérique macroscopique qui utilise ces données expérimentales. Deux matériaux céramiques ont été choisis pour cette étude : une alumine et une argile kaolinitique. L’alumine a été choisie pour son utilisation fréquente dans les céramiques techniques et le kaolin dans les céramiques traditionnelles. La partie expérimentale de cette étude a permis de déterminer le comportement macroscopique au séchage des deux matériaux ainsi que d’évaluer la dépendance des propriétés physiques (en particulier le coefficient de diffusion et la conductivité thermique) avec la teneur en eau. De plus, une étude à une échelle plus petite par RMN et microscopique par MEB environnemental a permis de mettre en relation l’évolution des propriétés physiques avec la localisation de l’eau au sein du matériau pendant le séchage. Puis, à partir de l’évaluation de nombreuses situations de séchage, les prédictions numériques se sont avérées être en bon accord avec les résultats expérimentaux. Pour conclure, ce modèle représente un bon moyen pour contrôler l’étape de séchage.

The reawakening of volcanoes asleep since hundreds or thousands years (ex. Komagatake, 1640; Pinatubo, 1991) is a mysterious phenomenon. Volcanic eruptions are the surface expressions of processes occurring in the underlying magmatic systems. Long-lived magmatic reservoirs located in the upper crust have been shown to result from the accumulation of intrusions of new magmas, and spend most of their dwelling time as mush. A mush is a magma that is cooled and crystallized, in which the crystals are touching each other to form a rigid framework, that inhibit its ability to flow. The generation of eruptible conditions requires destabilizing the force chains link crystals in contact. Such destabilization is often thought to be triggered by the recharge of the mush with new magma. A better understanding of the physical processes occurring in magmatic reservoirs by the emplacement of new magma is required to identify the conditions that primer in volcanic eruptions. The characterization of the effects of the intrusion on the physical conditions of the magmatic reservoir and on the associated geophysical signals is necessary to best mitigate volcanic hazards.This thesis explores first the physical processes controlling the motions of the crystals in magmas and mush. Previous studies have not considered the presence of lubrication forces. These hydrodynamic forces are opposed to the relative motions between neighboring crystals. By developing scaling relationships of the importance of the forces controlling the motion of the solids, and numerical simulations using a Discrete Element Method coupled with a Computational Fluid Dynamic approach (CFD-DEM), we constrained the effects of lubrication on magmas and defined a dimensionless number able to predict lubrication importance. Results show that lubrication is opposed to the onset or the arrest of motions within the mush. Neglecting lubrication results in underestimating the duration of transient dynamics, but does not affect the quantification of steady-state dynamics.We then used CFD-DEM simulations to explore the emplacement mechanisms of mobile magmas within mush and their effects on the magmatic reservoir. Results show that the behavior of the intrusion is controlled by the injection velocity and by the density contrast between the two melt phases of the resident mush and the intruded material. Under most natural conditions, simulations suggest that the intruded magma is expected to pond at the base of the mush and to be emplaced as a horizontal layer. This scenario does not lead to a high degree of mixing nor to conditions for which an eruption may be triggered rapidly. The recharge in new magmas, however, generates conditions propitious for the extraction of eruptible magmas from the mush. It appears that the unfolding of a recharge event depends on the evolution of the density contrast between the mush interstitial melt and the intruded melt and on the thermal exchanges following the intrusion.The detection of volumes composed by eruptible magmas from seismic signals requires knowledge of their seismic properties, which are yet poorly constrained. We used the coupled phase approach to compute the propagation velocities and attenuation coefficients of seismic waves in magmas. This approach is based on the linearization of the continuum conservation equations that control the motions of the fluid and the solids. Results show that, in crystal-bearing magmas, the propagation velocity of compressional waves is mainly controlled by the crystal volume faction. The measure of the intrinsic attenuation coefficient is required to distinguish the chemical composition of the magmas. The joint monitoring in time of seismic waves velocities and intrinsic attenuation coefficients seems the most suitable method to detect the initiation of an eruption from a magmatic reservoir., Le réveil de volcans endormis depuis de nombreuses années (ex. Komagatake, 1640; Pinatubo, 1991) est un phénomène qui reste mystérieux. Les éruptions volcaniques sont les expressions de surface de processus prenant place dans le système magmatique sous-jacent. Les réservoirs magmatiques situés dans la croûte supérieure sont formés par des injections répétées de magmas mobiles, et résident la plupart du temps à l’état de mush. Un mush est un magma refroidi et cristallisé, où les cristaux se touchent et forment un squelette rigide qui inhibe sa capacité à s’écouler. Les chaines de forces liant ces cristaux en contact doivent être déstabilisées afin de générer des conditions pouvant mener à une éruption. Une telle déstabilisation est souvent considérée comme le résultat de la recharge du réservoir. Une meilleure compréhension des processus physiques liés à la recharge d’un mush est donc nécessaire afin d’identifier les conditions qui favorisent le déclenchement d’une éruption volcanique. La caractérisation de l’effet d’une intrusion sur les conditions physiques du réservoir et sur les signaux géophysiques associés, est nécessaire pour permettre la détection des dynamiques menant à une éruption, et de gérer au mieux les risques associés.Cette thèse explore dans un premier temps les processus physiques qui contrôlent le mouvement des cristaux dans les magmas et les mush. Les études précédentes ne considéraient pas les forces de lubrification. Ces forces hydrodynamiques sont opposées au mouvement relatif entre deux cristaux voisins. A l’aide de lois d’échelle quantifiant l’importance des différentes forces contrôlant le mouvement des cristaux et de simulations numériques utilisant la méthode des éléments discrets, couplée à la modélisation dynamique de la phase fluide (CFD-DEM), nous avons contraint l’effet de la lubrification et défini un nombre sans dimension indiquant son importance. Les résultats montrent que la lubrification s’oppose à l’initiation ou l’arrêt de mouvements dans le mush. La négliger sous-estime la durée des phases transitoires mais n’affecte pas la quantification de l’état stationnaire de l’écoulement.Nous avons utilisé des simulations CFD-DEM afin d’explorer les mécanismes d’emplacement de magmas mobiles dans un mush. Les résultats montrent que le comportement de l’intrusion est contrôlé par la vitesse d’injection et le contraste de densité entre la phase fondue du mush et celle du magma mis en place. Dans la plupart des conditions naturelles, les simulations montrent que le magma injecté se met en place sous forme d’une couche horizontale à la base du mush. Cette situation ne résulte ni en un mélange efficace entre mush et intrusion, ni en des dynamiques permettant de générer immédiatement une éruption. En revanche, la recharge du mush génère des conditions qui peuvent mener à la génération et à l’extraction de volumes de magmas possédant une éruptivité. Il apparait que le déroulement d’un événement de recharge dépend de l’évolution de la densité relative entre la phase fondue du mush et celle du magma mis en place et de l’évolution thermique qui suit l’intrusion.La détection de volumes de magmas possédant une éruptivité à partir de données sismiques requiert une connaissance de leurs propriétés sismiques. Ces propriétés sont à ce jour mal contraintes. En utilisant une approche de phases couplées basée sur la linéarisation des équations conservatives contrôlant le mouvement des phases fluide et solide, nous avons calculé les vitesses de propagation et facteurs d’atténuation des ondes sismiques dans les magmas. Les résultats montrent que, dans les magmas chargés en cristaux, la vitesse des ondes dépend principalement du contenu en cristaux. Distinguer des magmas de différentes compositions chimiques nécessite de mesurer l’atténuation intrinsèque. Le suivi des évolutions conjointes de ces deux observables semble être l’approche la plus à même de détecter des dynamiques magmatiques menant à une éruption.

A brief overview of the current status on the subject of numerical modelling of radionuclide transport in the marine environment is given: main transport processes occurring in the sea, basic approaches to solve such processes numerically, up to-date trends to deal with water/sediment interactions (in the case of non-conservative radionuclides), and topics in which work is currently in progress (like the integration of biological uptake models within marine transport models). A brief review of models applied to simulate Fukushima Daiichi nuclear power plant releases in the Pacific Ocean after the 2011 accident is also included, since the most recent modelling efforts have been focused in this problem. A discussion of the main sources of uncertainty in models is given, as well as the problems these uncertainties pose in relation to emergency modelling, which is one of the most relevant applications of dispersion models Ministerio de Economía y Competitividad FIS2015-69673-P International Atomic Energy Agency Coordinated Research Project K41017

International audience; In order to model the process of flooding induced by fluvial dike breaching, 2-D shallow water equations are often used. They can be coupled with a sediment transport model simulating the dike erosion and the erosion of the neighbouring bed areas. However, such a model is not dedicated to the specific process of embankment erosion. One may prefer using a specific breach model, simulating the breach expansion and outflow hydrograph, associated to a 2D shallow water model simulating the flood propagation in the areas protected. In the present work, the two approaches are compared on a field case and on laboratory experiments. For the field case, the short overtopping duration involves that the results are very sensitive to the erosion parameters associated to the dike breaching, particularly the critical shear stress necessary for the initiation of surface erosion. The breach development depends on the modelling approach that can favour either the breach deepening or widening. With a fast breach deepening (breach model), the breach peak outflow is high whereas a high breach widening (sediment transport model) yields a peak flow reduced by more than 90%. The laboratory experiments represent a long flood event leading to a total erosion of the dike over a long distance with a large part of the upstream flow being deviated into the floodplain through the breach. The two approaches (breach model and sediment transport model) provide rather similar results and close to the laboratory measurements although the breach model provides faster initial erosion and is less sensitive to the type of erosion rate equations.

International audience; 12 13 Two pilot-scale regenerative heat storage systems have been tested by the French Alternative Energies and Atomic 14 Energy Commission (CEA). The first one is a 1.1-MWhth structured packed bed consisting of ceramic plates forming 15 corrugated channels. The second one is a 1.4-MWhth granular packed bed consisting of basaltic rocks enclosed by refractory 16 walls. The two regenerators were tested over a hundred of thermal cycles between 80°C and 800°C with different fluid mass 17 flows. Both systems showed their ability to store heat efficiently and to provide thermal energy at a stable temperature for the 18 most part of the discharge process. The granular packed bed exhibited large transverse thermal heterogeneities due to flow 19 channelling in the corners of the cross section. However, this phenomenon appears not to have degraded significantly the 20 thermal performances, and the average one-dimensional thermal behaviour of the system may be assessed thanks to the surface 21 weighted average of the temperature over the bed cross section. Compared to the granular packed bed, the structured bed 22 showed comparable thermal performances while inhibiting flow heterogeneities and reducing by up to 54% the average 23 pressure drop. Furthermore, at the end of the test campaign, the packed beds were observed and compared from a mechanical 24 point of view. The thermal results were successfully simulated over numerous charge/discharge cycles thanks to a one-25 dimensional numerical model. This is significant since the discrepancies between experimental and numerical results are likely 26 to accumulate from a cycle to the other. The model considers the packed beds as continuous and homogeneous porous media 27 but takes account of the conduction resistances within the solid filler and the walls. The pressure drop of the beds was 28 computed using a correlation developed thanks to a previous CFD study for the structured packed bed, and the Ergun equation 29 for the granular packed bed. Compared to experimental data, these correlations enabled to estimate the order of magnitude and 30 the evolution trend of the pressure drop with an average deviation ranging from-7.2% to +61.9%. For the granular packed bed, 31 these deviations are ascribed to the flow heterogeneities and the shape of the rocks which are not taken into account in the 32 Ergun equation. 33 34 In order to tackle fossil fuel depletion and climate change, the renewable energy share in the energy mix has to be 40 increased, especially for electricity generation (IPCC, 2014). However, some promising renewable energy sources like wind 41 and solar are intermittent. That's why energy storage is one of the technical solutions enabling the development of a 42 continuous and controllable renewable energy supply. 43 Nowadays, electricity storage is largely dominated by Pumped Hydroelectric Energy Storage since this technology is 44 mature and offers low loss storage capacities. However, it has a very low energy and power density (Sabihuddin et al., 2015), 45 and requires specific locations with high altitude difference to be implemented. That's why this technology is unlikely to 46 respond the increasing need for large scale energy storage. Several promising alternative technologies have been proposed like 47 Adiabatic Compressed Air Energy Storage (Hartmann et al., 2012; Sciacovelli et al., 2017a), Pumped Thermal Energy Storage 48 (Desrues et al., 2010; Garvey et al., 2015), Liquid Air Energy Storage (Sciacovelli et al., 2017b) and Thermal Energy Storage 49 in Concentrated Solar Power (CSP) plants (to shift the conversion of heat into electricity). In all these thermodynamic 50 processes, there is a need for large scale Thermal Energy Storage systems. It is preferable to store/recover the energy at very 51 high or very low temperature (for Pumped Thermal Energy Storage and Liquid Air Energy Storage) to ensure good 52 thermodynamic efficiency. Regenerative sensible heat storage using gas (usually air) as heat transfer fluid is a relevant and 53 mature technology which meets this requirement. 54 It consists in storing sensible heat in a solid packed bed enclosed in an insulated tank. The packed bed may be either 55 granular or structured. The thermal energy is conveyed by a gaseous heat transfer fluid in direct contact with the solid. During 56 charging process, the hot fluid is injected by the top of the tank, heats the solid and exits at cold temperature from the bottom. 57 To discharge the system, the flow is inverted: the cold fluid is injected by the bottom, is heated up by the solid and exits at hot 58 temperature from the top. Thanks to buoyancy forces, this configuration preserves thermal stratification with hot and cold 59 regions well separated by a thermal gradient as stiff as possible. 60 This technology is already used in steel and glass industries (to preheat air in blast furnaces), and in industrial air 61 purification systems. However, to use it in the above mentioned thermodynamic processes, the design and the operation 62 strategy should be adapted to each particular case to ensure optimal performances. This optimization requires numerical 63 models validated with experimental data obtained on representative pilot-scale setups. 64

International audience; Prediction of the thermo-mechanical behavior of woven composites necessitates a reliable knowledge of their innerstructure. An accurate description of the fabric geometry could be obtained using X-ray computed microtomography (μCT) at the mesoscopic scale. However, systematic construction of numerical models fromμCT remains a difficult task.To address this challenge, we propose a variational segmentation approach which combinesμCT with a prior geometricmodel that is iteratively improved thanks to a heuristic optimization process. The fidelity of the models with respect tothe inputμCT is evaluated using a measure of similarity including both gray levels and local directions. Our method allowed to build realistic numerical models of woven fabrics that preserve the prescribed weaving pattern, which are free of interpenetration, which makes them compatible with further numerical simulations. Using our approach, models of complex woven fabrics, but also of woven composites, could be consistently generated fromμCT and can serve as reference models, e.g. to analyze in situ tests by providing numerical twins.; La prévision du comportement thermo-mécanique d’un composite tissé nécessite une connaissance approfondie de son architecture interne. Une description réaliste de sa méso-structure peut être obtenue grâce à une micro-tomographie à rayon-X (μCT) du matériau. La difficulté consiste alors à construire automatiquement un modèle géométrique d’un tissage à partir deμCT. Nous proposons ici une méthode de segmentation variationnelle, visant à optimiser un modèle géométrique construit initialement sur la connaissance approchée de son arrangement textile et en utilisant l’information extraite delaμCT. Une mesure quantitative a été introduite pour comparer un modèle géométrique et uneμCT, incluant un terme calculant la ressemblance du modèle avec le masque de laμCT ainsi qu’un terme évaluant l’orientation locale des entités géométriques. Notre méthode permet de construire des modèles réalistes de tissage 3D qui respectent les motifs de tissages tomographiés, et dont les entités sont désinterpénétrées, ce qui les rend compatibles avec les techniques de maillages.

In numerical models for marine biogeochemistry, bio-optical data, such as measurements of the light field, may be important descriptors of the dynamics of primary producers and ultimately of oceanic carbon fluxes. However, the paucity of field observations has limited the integration of bio-optical data in such models so far. New autonomous robotic platforms for observing the ocean, i.e., Biogeochemical-Argo floats, have drastically increased the number of vertical profiles of irradiance, photosynthetically available radiation (PAR) and algal chlorophyll concentrations around the globe independently of the season. Such data may be therefore a fruitful resource to improve performances of numerical models for marine biogeochemistry. Here we present a work that integrates into a 1-dimensional model 1314 vertical profiles of PAR acquired by 31 BGC-Argo floats operated in the Mediterranean Sea between 2012 and 2016 to simulate the vertical and temporal variability of algal chlorophyll concentrations. In addition to PAR as input, alternative light and vertical mixing models were considered. We evaluated the models’ skill to reproduce the spatial and temporal variability of deep chlorophyll maxima as observed by BGC-Argo floats. The assumptions used to set up the 1-D model are validated by the high number of co-located in-situ measurements. Our results illustrate the key role of PAR and vertical mixing in shaping the vertical dynamics of primary produces in the Mediterranean Sea. Moreover, we demonstrate the importance of modeling the diel cycle to simulate chlorophyll concentrations in stratified waters at the surface.

International audience; Nowadays, on board electric machines of higher specific power powered by faster inverters represent a real challenge in designing the electrical insulation system (EIS). The electric stress on the stator winding is increased and thus partial discharges (PD) are more likely to appear. The Paschen's criterion is widely used to evaluate the PD risk. This paper presents a general method to compute the electric flux lines in the slots of electrical machines. A 2D model of an electric machine slot is solved in term of electric scalar potential. Then, from the nodal scalar potential solution, electric flux lines are located inside the slots. Consequently, the Paschen's criterion is applied by taking into account the real flux lines length. Some applications are presented to highlight the usefulness of the method to solve industrial problems.

National audience; In a 2-D hydrodynamic code, the development of a breach in a levee can be represented by two ways: - associating to hydrodynamic equations some equations that describe the sediment transport, the erosion and the deposition to the levee and the surrounding area (integrated approach); - using a breach model that specifically calculates the evolution of the breach features. Moreover, these two approaches can be associated, I.E. using the specific model for the breach and the general sediment transport model for the area downstream from the breach in order to simulate the sediment entrainment. Using a field case study (a breach in a levee along Agly River), the two methods are compared for various sets of parameters. These parameters can be common to the two models (such as the size of the cells, the friction coefficients, the erosion rate) or be specific to one approach (such as the evolution of the breach geometry). Using identical erosion parameters, the weak head and short overtopping duration prevent the development of the breach if an integrated approach is used while, generally, the breach develops over, at least, one cell width with the breach model. For the two approaches, the erosion downstream from the breach can be simulated and it has a weak but certain influence on the breach development and, consequently, the breach hydrograph. Yet one can see that the method for calculating erosion and the parameters that are associated are the main uncertainty factors for all the results.; Le défi pour passer des écoulements au transport de sédiment et à l'évolution du lit dans un modèle couplé 1D/2D Dans un code hydrodynamique 2D, le développement d'une brèche dans un remblai peut être représenté de deux manières : - en associant aux équations hydrodynamiques, des équations qui décrivent le transport des sédiments, l'érosion et le dépôt au droit du remblai et de son environnement immédiat (approche « intégrée ») ; - en utilisant un modèle de brèche qui calcule spécifiquement l'évolution des caractéristiques d'une brèche. En outre, ces deux approches peuvent être associées, à savoir utiliser le modèle spécifique pour la brèche et le modèle général de transport sédimentaire pour l'aval de la brèche afin, par exemple, de simuler l'entraînement des matériaux. En s'appuyant sur un cas de terrain (une brèche dans une digue le long de l'Agly), on compare les deux méthodes pour différentes valeurs des paramètres. Ces paramètres peuvent être communs aux deux modèles (tels que la taille des mailles, le coefficient de frottement, le taux d'érosion,...) ou calculés différemment (comme l'évolution de la géométrie de la brèche,...). Avec des paramètres d'érosion identiques, la faible charge et la faible durée de surverse empêchent un développement important de la brèche si on passe par une approche intégrée alors que, en général, la brèche se développe sur, au moins, une largeur de maille pour le module spécifique de brèche. Dans les deux approches, l'érosion en aval de la brèche peut être simulée et elle a un rôle faible mais certain sur le développement de la brèche et, par suite, sur l'hydrogramme de brèche. Toutefois, on s'aperçoit que le mode de calcul de l'érosion et les paramètres qui la déterminent restent les facteurs principaux d'incertitude des résultats.

The emergence of new ideas to obtain energy from the earth subsurface and to store radioactive waste on it impels us to further investigate the response of geological media to forces and temperature variations. For instance, injection of water into wells at high pressures to create fractures and increase permeability of rocks is a widely employed technique to enhance geothermal systems or gas reservoirs. Therefore, increasing our understand- ing about how such actions influence and are affected by the local stress state of the reservoir and how fractures propagate through it is necessary to efficiently develop extraction projects and, hopefully, to avoid undesired side effects. Also, placing nuclear waste in repositories below the surface monitored by acoustic transmission of seismic signals is currently under investigation. Whe- reby, an optimal knowledge about how the heterogeneity of the medium and its changes are reflected on the seismic waves is necessary for the correct interpretation of the collected signals.The physics involving these geological processes can be approximately expressed in a mathematical way through the laws of physics and the constitutive relationship of materials deriving in a set of partial differential equation whose complexity depends on the adopted physical model and the rheology of materials to be modelled. As, in most cases, the governing equations are not susceptible to analytical solutions, efficient numerical methods and software are required to simulate realistic problems.We present, by a compilation of current theories, a general mathematical model describing the physics of poro-visco-elasto-plastic geological media. On the one hand, we present a computational massively-parallel 3D code to model fluid injection and crack propagation in poro-visco-elastoplastic rheologies. We reproduce existing 2D benchmarks and give some examples of 3D cases. The results show the importance of the initial stress conditions on the development of failure zones and give a generalization of failure patterns generated from a local increase of pore pressure. Further- more, we perform simulations of hydraulic fracturing for Well KM-8, UK, showing the significant influence of the permeability of rocks and its changes after fracturing on the development of failure areas. On the other hand, we use the wave propagation software Sofi2D to simulate the seismic monitoring of a deep circular backfilled tunnel with the aim of increasing our ability to understand path effects and, therefore, to infer the situation inside a nuclear waste repository over time. We apply our results on the Full-Scale Emplacement Experiment at the Mont Terri underground rock laboratory., L’émergence de nouvelles idées pour tirer de l’énergie du sous-sol terrestre et y stocker des déchets radioactifs nous incite à étudier plus avant la réponse des milieux géologiques aux forces et aux variations de température. Par exemple, l’injection d’eau dans des puits à haute pression pour créer des fractures et augmenter la perméabilité des roches est une technique largement utilisée pour améliorer les systèmes géothermiques ou les réservoirs de gaz. Par conséquent, il est nécessaire de mieux comprendre comment de telles actions influencent et sont affectées par l'état de stress local du réservoir et par la propagation des fractures afin de développer efficacement des projets d'extraction et, espérons-le, d'éviter des effets secondaires indésirables. Des recherches sont aussi en cours pour placer les déchets nucléaires dans des dépôts sous la surface surveillés par transmission acoustique de signaux sismiques. Une connaissance optimale de la manière dont l'hétérogénéité du milieu et ses changements se reflètent sur les ondes sismiques est nécessaire pour une interprétation correcte des signaux collectés.La physique impliquant ces processus géologiques peut être exprimée approximativement de manière mathématique à travers les lois de la physique et la relation constitutive des matériaux dans un ensemble d’équations différentielles partielles dont la complexité dépend du modèle physique adopté et de la rhéologie des matériaux à modéliser. Comme, dans la plupart des cas, les équations qui régissent ne sont pas sujettes à des solutions analytiques, des méthodes et des logiciels numériques efficaces sont nécessaires pour simuler des problèmes réalistes.Nous présentons, à partir d'une compilation de théories actuelles, un modèle mathématique général décrivant la physique des milieux géologiques poro-visco-élastoplastiques. D'une part, nous présentons un code 3D massivement parallèle calculateur pour modéliser l'injection de fluide et la propagation de fissure dans les rhéologies poro-visco-élastoplastiques. Nous reproduisons des références 2D existantes et donnons quelques exemples de cas 3D. Les résultats montrent l'importance des conditions de stress initiales sur le développement de zones de rupture et donnent une généralisation des profils de rupture générés par une augmentation locale de la pression interstitielle. En outre, nous effectuons des simulations de fracturation hydraulique pour le puits KM-8, au Royaume-Uni, montrant l’influence significative de la perméabilité des roches et de ses modifications après la fracturation sur le développement des zones de rupture. D'autre part, nous utilisons le logiciel de propagation des ondes Sofi2D pour simuler la surveillance sismique d'un tunnel profondément remblayé et circulaire dans le but d'accroître notre capacité à comprendre les effets de trajectoire et, par conséquent, à déduire la situation à long terme dans un dépôt de déchets nucléaires. Nous appliquons nos résultats à l’Expérience sur la mise en place à grande échelle au laboratoire de roche souterraine du Mont Terri.

The thesis presented in this document deals with the caracterisation of the behaviour of an undulating membrane tidal energy converter. This kind of device uses the flutter instabilities occurring between a semi-rigid pre-strained membrane and a fluid flow in order to convert the sea currents energy. Above a certain critical flow speed, the structure ondulates, thus activating the linear converters fixed on it. In order to study this system, an experimental model is developped and tested in a flume tank. The power conversion system is simulated by hydraulic dampers. The membrane’s dynamics is analysed in many configurations through trajectory and force measurements, and leads to a parametric study. More realistic flow conditions are also studied, such as the impact of current direction influence and the influence of surface waves on the behaviour of the system. Wake caracterisation is carried out with two-dimensional PIV measurements. Scale effects and confinement are also studied through a comparison with a bigger scale prototype tested in tank and at sea.In addition to the experimental study, an analytical model and a numerical model are developped and compared with experiments. The linearanalytical model is based on Euler-Bernouili’s beam theory and on Lighthill’s slender body theory. It is solved in the frequency domain and gives good undulation frequency and critical speed results. The numerical model uses strong interactions between a fluid code using the vortex method and a structure code based on corotationnal finite elements. This model is validated on an experimental case., La thèse présentée dans ce document concerne la caractérisation du comportement d’une hydrolienne à membrane ondulante. Ce dispositif novateur utilise les instabilités de flottement d'une membrane semi-rigide pré-contrainte dans un écoulement pour capter l’énergie des courants marins. \`A partir d’une certaine vitesse critique de l’écoulement, une onde se propage le long de la structure, ce qui actionne des convertisseurs linéaires fixés sur celle-ci. Un modèle expérimental à échelle réduite 1/20ème est développé et testé en bassin d’essai. Le système de conversion est simulé par des amortisseurs hydrauliques. Les mesures de trajectoire et d’efforts permettent d’analyser la dynamique de la membrane pour un grand nombre de configurations et d’aboutir à une étude paramétrique. Des conditions réalistes d’écoulement sont étudiées, notamment l’influence de la direction du courant et celle de la houle sur le fonctionnement du système. La caractérisation du sillage est effectuée par mesures de Particle Image Velocimetry en 2D. Les effets d'échelle sont présentés à travers une comparaison des essais en bassin et en mer.Un modèle analytique et un modèle numérique sont développés et comparés avec les résultats d'expériences. Le modèle analytique linéaire est basé sur la théorie des poutres de Euler-Bernouilli et la théorie des profils minces de Lighthill. Il est résolu dans le domaine fréquentiel et donne de bons résultats en termes de fréquence d’ondulation et de vitesse critique. Le modèle numérique est fondé sur le couplage fort entre un code fluide basé sur la méthode vortex et un code structure utilisant les éléments finis en co-rotationnel. Ce modèle est validé sur un cas expérimental.

International audience; We show that non-classical measurement errors (NCME) on both sides of a regression can bias the parameter estimate of interest in either direction. Furthermore, if these NCME are correlated, correcting for either one alone can aggravate bias relative to ignoring mismeasurement in both variables, a ‘second best’ result with implications for a broad class of economic phenomena of policy interest. We then use a unique Ethiopian dataset of matched farmer self-reported and precise ground-based measures for both plot size and agricultural output to re-investigate the long-debated relationship between plot size and crop productivity. Both self-reported variables contain substantial NCME that are negatively correlated with the true variable values, and positively correlated with one another, consistent with prior studies. Eliminating both sources of NCME eliminates the estimated inverse size-productivity relationship. But correcting neither variable generates a parameter estimate not statistically significantly different from that generated using two improved measures, while correcting for just one source of NCME significantly aggravates the bias in the parameter estimate. Numerical simulations demonstrate that over a relatively large parameter space, expensive collection of objective measures of only one variable or correcting only one variable's NCME may be inadvisable when NCME are large and correlated. This has practical implications for survey design as well as for estimation using existing survey data.

Prediction of the thermo-mechanical behavior of woven composites necessitates a reliable knowledge of their innerstructure. An accurate description of the fabric geometry could be obtained using X-ray computed microtomography (μCT) at the mesoscopic scale. However, systematic construction of numerical models fromμCT remains a difficult task.To address this challenge, we propose a variational segmentation approach which combinesμCT with a prior geometricmodel that is iteratively improved thanks to a heuristic optimization process. The fidelity of the models with respect tothe inputμCT is evaluated using a measure of similarity including both gray levels and local directions. Our method allowed to build realistic numerical models of woven fabrics that preserve the prescribed weaving pattern, which are free of interpenetration, which makes them compatible with further numerical simulations. Using our approach, models of complex woven fabrics, but also of woven composites, could be consistently generated fromμCT and can serve as reference models, e.g. to analyze in situ tests by providing numerical twins., La prévision du comportement thermo-mécanique d’un composite tissé nécessite une connaissance approfondie de son architecture interne. Une description réaliste de sa méso-structure peut être obtenue grâce à une micro-tomographie à rayon-X (μCT) du matériau. La difficulté consiste alors à construire automatiquement un modèle géométrique d’un tissage à partir deμCT. Nous proposons ici une méthode de segmentation variationnelle, visant à optimiser un modèle géométrique construit initialement sur la connaissance approchée de son arrangement textile et en utilisant l’information extraite delaμCT. Une mesure quantitative a été introduite pour comparer un modèle géométrique et uneμCT, incluant un terme calculant la ressemblance du modèle avec le masque de laμCT ainsi qu’un terme évaluant l’orientation locale des entités géométriques. Notre méthode permet de construire des modèles réalistes de tissage 3D qui respectent les motifs de tissages tomographiés, et dont les entités sont désinterpénétrées, ce qui les rend compatibles avec les techniques de maillages.

The aim of this study is to set up a 3D regional model to quantify water flux in unsaturated-saturated zones and the role of floods on the recharge process. Therefore, numerical flow simulations were conducted using the finite element Feflow that will be validated by measured data. A conceptualization of input parameters was carried out to overcome the absence of measured data. The heterogeneity of the vadose zone have a significant impact on the variation of the vertical flow, the residence time and the propagation of wetting front in the unsaturated zone. The results obtained in 1D were then used to quantify groundwater recharge of the entire area of the study site. The original approach is to derive the time-dependent hydraulic boundary condition of water level at the soil surface of the spreading perimeters by measured flood hydrographs and to develop a limited conceptual model of water uptake by evaporation. The hydrodynamic model showed that the water balance is very important. Flow simulations have shown that the perimeter flooding approach overestimates the artificial recharge of the aquifer.; L’objectif est la construction numérique d’un modèle 3D régional de la plaine de Sidi Bouzid permettant la quantification du transfert hydrique et du rôle des crues sur le processus de recharge. Des simulations numériques de l’écoulement ont été réalisées à l’aide de Feflow et validées par des données mesurées in situ. Une conceptualisation des paramètres d’entrée a été réalisée afin de contourner l’absence de données mesurées. L'hétérogénéité de la zone non saturée a un impact significatif sur la variation du flux vertical et la propagation du front d’humidité. Les résultats obtenus en 1D ont été spatialisés à l’échelle de la plaine avec l’objectif de quantifier l’ensemble des flux d’écoulements. L’originalité réside, d’une part, dans la détermination des conditions aux limites appliquées à la surface du sol à partir des hydrogrammes des crues enregistrés et, d’autre part, au modèle conceptuel limitant l’évaporation. Le modèle hydrodynamique a mis en évidence que le bilan hydrique est fortement excédentaire. Les simulations de l’écoulement ont montré que l’approche des épandages de crues au niveau des périmètres surestime la recharge artificielle de la nappe.

In this work, we present a study of the performance of a double pass flat solar collector for the production of hot air to supply and improve drying techniques. The cases of an absorber with and without fins are analyzed.Theoretical models for the double pass solar collector with and without fins have been established and solved numerically using codes developed in Fortran to obtain a global approach. Comsol Multi-physics code is used for a more local study. An experimental device has been designed to validate the results obtained numerically. One of the particularities of the solar collector developed in the laboratory is its insulation system. For this, a local bio-sourced material composed of crushed millet stems has been developed to increase the performance of the solar collector. The properties of the bio-sourced materials used for insulation were characterized by using available laboratory testing model. A comparison of the measured and calculated temperatures validated both the experimental and numerical approaches. The performance evaluation showed a strong influence of the flow rate and solar radiation on the energy efficiency of the double pass finned solar collector. The global approach to heat balances within the solar collector is mainly based on the heat transfer coefficients between the fluid and the absorber. An estimation of these coefficients is proposed in the last part of this work.Keywords: Solar collector, double pass, millet rod crushed, biosourced material, numerical modeling, experiment, performance., Dans ce travail, on présente une étude des performances d’un capteur solaire plan double passe destiné à la production de l’air chaud permettant d’alimenter et d’améliorer les techniques de séchage. On analyse les cas d’un absorbeur avec et sans ailettes.Les modèles théoriques relatifs au capteur à air double passe avec et sans ailettes ont été établis et résolus numériquement à l’aide de codes élaborés en Fortran pour obtenir une approche globale de leur comportement ou alors à l’aide de Comsol multiphysique pour une étude plus locale. Un dispositif expérimental a été conçu pour valider les résultats obtenus numériquement. Une des particularités du capteur mis au point au laboratoire est relative à son système d'isolation. À cet effet, un matériau local composé de tiges de mil broyées (biosourcé) a été réalisé dans le but d’augmenter les performances du capteur solaire. Les propriétés des matériaux biosourcés utilisés pour l’isolation ont été identifiées à l’aide de moyens existant au laboratoire. Une comparaison des températures mesurées et calculées a permis de valider les deux approches expérimentale et numérique. L’évaluation des performances a montré une forte influence du débit et du rayonnement solaire sur le rendement énergétique du capteur solaire double passe avec ailettes. L’approche globale des bilans thermique au sein du capteur solaire repose principalement sur une bonne connaissance des coefficients d’échange entre le fluide caloporteur et l’absorbeur, un travail d’estimation de ces coefficients d’échange convectif est proposé dans la dernière partie de ce travail.Mots clés : Capteur solaire, double passe, tige de mil broyée, matériau biosourcé, modélisation numérique, expérimentale, performance.

Tsunamis generated by landslides can be sub-aerial or underwater. Few real case data are available on the size, composition and speed of the slide at the time of wave generation. To study wave generation processes, it may be interesting to use laboratory experiments or numerical simulations. Many numerical landslide and flow models are used in the literature. In this thesis, two approaches to landslide modelling are considered. The flows are solved by the THETIS model developed at the University of Bordeaux. This model solves the multi-fluid Navier-Stokes equations for incompressible and immiscible fluids. The thesis is divided into three parts.A discontinuous approach is presented in the first part of the thesis. This method consists in modelling a landslide by a set of solid discs in the THETIS computational fluid mechanics code. Solid discs are modelled by a fluid with a very high viscosity. This fluid deforms very little but the collision of two discs is plastic, i.e. if two discs collide, they merge. To avoid this phenomenon, a method based on volume forces managing solid/solid collisions is developed. Simulations to validate this method are carried out from experiments on stacking cylinders dropped on a slope.The second part deals with the modelling of the landslide by a Newtonian fluid or µ(I) rheology for two log release experiments on the slope of a channel. A study of energy transfers from slide to wave is presented. It highlights the speed of transfers and the importance of slide modelling at the beginning of its movement for wave generation. This study made it possible to make more realistic simulations of waves generated by the fall of a slope part of the Cumbre Vieja volcano in the Canary Islands by Abadie et al (article in revision) by modelling the slide with a high viscosity Newtonian fluid.In the framework of the RAVEX project (Risks Associated with Explosive Volcanism), the last part of the thesis presents simulations of waves generated by the release of a very low viscosity fluid on a slope. The objective is to validate the modeling of wave generation by pyroclastic flow with a low viscosity Newtonian fluid. Indeed, pyroclastic flows are granular flows that have high mobility due to pore gas pressure and are therefore close to Newtonian fluid flows. The influence of the physical parameters of the fluid (density and viscosity) and the opening height of the door on the wave height generated is finally studied.; Les tsunamis générés par des glissements de terrain peuvent être subaériens ou sous-marins. Peu de données de cas réels sont disponibles sur la taille, composition et vitesse du glissement au moment de la génération des vagues. Pour étudier les processus de génération des vagues, il peut être intéressant de passer par des expériences en laboratoire ou des simulations numériques. De nombreux modèles numériques de glissements de terrain et d'écoulement sont utilisés dans la littérature. Dans cette thèse, deux approches de modélisation du glissement de terrain sont considérées. Les écoulements sont résolus par le modèle THETIS développé à l'université de Bordeaux. Ce modèle résout les équations de Navier-Stokes multifluide pour des fluides incompressibles et immiscibles. La thèse est divisée en trois parties.Une approche discontinue est présentée dans la première partie de la thèse. Cette méthode consiste à modéliser un glissement de terrain par un ensemble de disques solides dans le code de mécanique des fluides numérique THETIS. Les disques solides sont modélisés par un fluide dont la viscosité est très élevée. Ce fluide se déforme très peu mais la collision de deux disques est plastique, c'est à dire que si deux disques entrent en collision, ils fusionnent. Pour éviter ce phénomène, une méthode basée sur des forces volumiques gérant les collisions solides/solides est développée. Des simulations visant à valider cette méthode sont réalisées à partir d'expériences d’empilement de cylindres lâché sur une pente.La deuxième partie traite de la modélisation du glissement de terrain par un fluide newtonien ou de rhéologie µ(I) pour deux expériences de lâcher de billes sur la pente d'un canal. Une étude des transferts d'énergie du glissement aux vagues est présentée. Elle permet de mettre en avant la rapidité des transferts et l'importance de la modélisation du glissement au début de sa mise en mouvement pour la génération des vagues. Cette étude a permis de faire des simulations plus réalistes de vagues générées par la chute d'un flanc du volcan Cumbre Vieja aux Canaries réalisées par Abadie et al. (article en révision) en modélisant le glissement par un fluide newtonien à forte viscosité.Dans le cadre du projet RAVEX (Risques Associés au Volcanisme EXplosif), la dernière partie de la thèse présente des simulations de vagues générées par le lâcher d’un fluide très peu visqueux sur une pente. L’objectif est de valider la modélisation de la génération de vagues par un écoulement pyroclastique par un fluide newtonien à faible viscosité . En effet, les écoulements pyroclastiques sont des écoulements granulaires qui ont une grande mobilité dû à la pression du gaz interstitiel et se rapprochent donc d'écoulements de fluide newtonien. L'influence des paramètres physiques du fluide (densité et viscosité) et la hauteur d'ouverture de la porte sur la hauteur de vague générée est enfin étudiée.

This thesis aims to study the exploitation of solar radiation thanks to a new concept of passive sensor wall. In this context, the thermal behavior of a novel semi-transparent solar wall has been studied. The wall is composed of glazing, silica aerogel (TIM) and glass bricks filled with fatty acids (PCM). This wall provides storage and restitution of heat, thermal-acoustic insulation and daylighting. The thermal performance of the TIM-PCM wall is tested in a full-sized test cell located in Sophia, PERSEE center. In winter, particularly in sunny cold days, the PCM absorbs solar radiation, melts, and then releases the stored heat to the building at night. During summer, overheating is encountered, the PCM remains in its liquid state and is unable to release the stored heat. A simplified model for PCM melting in presence of natural convection and radiation is developed and validated using a CFD model, and benchmark solutions. Then, a numerical model describing the heat transfer mechanisms through the wall is developed. This model is linked to TRNSYS to assess the thermal performance of the whole building. The MATLAB-TRNSYS model is then validated experimentally. The thermal behavior of the wall is tested under different climates, and passive solutions are proposed to ensure thermal comfort in summer. Finally, the validated model is used to study the annual thermal behavior of a building integrating TIM-PCM wall and an economic study is conducted. These studies confirm the interest of the wall vis-à-vis the improvement of energy performance of the building. The economic feasibility of applying the TIM-PCM wall depends mainly on climate, energy costs, and investment cost.; Cette thèse vise à étudier l'exploitation du rayonnement solaire grâce à un nouveau concept de mur capteur passif. Dans ce contexte, le comportement thermique d’un mur solaire semi-transparent a été étudié. Le mur fournit un éclairage naturel et est composé d’une couche d’aérogel de silice assurant une isolation thermique et acoustique, et d’un MCP. Ce dernier est contenu dans des briques de verre assurant l’absorption, le stockage et la restitution de chaleur. Ce mur a été caractérisé expérimentalement au centre PERSEE à Sophia. Il a été remarqué que la performance thermique du mur est élevée en hiver, tandis qu’une surchauffe estivale a été rencontrée. Un modèle numérique simplifié a été développé pour modéliser la convection naturelle et le rayonnement pendant la fusion du MCP. Ce modèle est validé à l’aide d’un modèle CFD, et des résultats de Benchmark. Pour optimiser la performance du mur en été, un modèle numérique du transfert de chaleur à travers le mur a été développé sous MATLAB. Ce modèle a été couplé à TRNSYS afin d’évaluer la performance thermique de l'ensemble du bâtiment. Le modèle couplé a été validé expérimentalement. Le comportement thermique du mur est testé dans des différents climats, et des solutions passives sont proposées pour assurer le confort thermique. Enfin, ce modèle a permis d'étudier le comportement thermique annuel d’un bâtiment intégrant un mur MCP- aérogel dans son enveloppe et une étude économique a été réalisée. Ces études ont confirmé l'intérêt du mur vis-à-vis de l'amélioration des performances énergétiques du bâtiment. La faisabilité économique de l'application du mur dépend du climat, du coût d’énergie, et du coût d'investissement.

This thesis aims to study the exploitation of solar radiation thanks to a new concept of passive sensor wall. In this context, the thermal behavior of a novel semi-transparent solar wall has been studied. The wall is composed of glazing, silica aerogel (TIM) and glass bricks filled with fatty acids (PCM). This wall provides storage and restitution of heat, thermal-acoustic insulation and daylighting. The thermal performance of the TIM-PCM wall is tested in a full-sized test cell located in Sophia, PERSEE center. In winter, particularly in sunny cold days, the PCM absorbs solar radiation, melts, and then releases the stored heat to the building at night. During summer, overheating is encountered, the PCM remains in its liquid state and is unable to release the stored heat. A simplified model for PCM melting in presence of natural convection and radiation is developed and validated using a CFD model, and benchmark solutions. Then, a numerical model describing the heat transfer mechanisms through the wall is developed. This model is linked to TRNSYS to assess the thermal performance of the whole building. The MATLAB-TRNSYS model is then validated experimentally. The thermal behavior of the wall is tested under different climates, and passive solutions are proposed to ensure thermal comfort in summer. Finally, the validated model is used to study the annual thermal behavior of a building integrating TIM-PCM wall and an economic study is conducted. These studies confirm the interest of the wall vis-à-vis the improvement of energy performance of the building. The economic feasibility of applying the TIM-PCM wall depends mainly on climate, energy costs, and investment cost.; Cette thèse vise à étudier l'exploitation du rayonnement solaire grâce à un nouveau concept de mur capteur passif. Dans ce contexte, le comportement thermique d’un mur solaire semi-transparent a été étudié. Le mur fournit un éclairage naturel et est composé d’une couche d’aérogel de silice assurant une isolation thermique et acoustique, et d’un MCP. Ce dernier est contenu dans des briques de verre assurant l’absorption, le stockage et la restitution de chaleur. Ce mur a été caractérisé expérimentalement au centre PERSEE à Sophia. Il a été remarqué que la performance thermique du mur est élevée en hiver, tandis qu’une surchauffe estivale a été rencontrée. Un modèle numérique simplifié a été développé pour modéliser la convection naturelle et le rayonnement pendant la fusion du MCP. Ce modèle est validé à l’aide d’un modèle CFD, et des résultats de Benchmark. Pour optimiser la performance du mur en été, un modèle numérique du transfert de chaleur à travers le mur a été développé sous MATLAB. Ce modèle a été couplé à TRNSYS afin d’évaluer la performance thermique de l'ensemble du bâtiment. Le modèle couplé a été validé expérimentalement. Le comportement thermique du mur est testé dans des différents climats, et des solutions passives sont proposées pour assurer le confort thermique. Enfin, ce modèle a permis d'étudier le comportement thermique annuel d’un bâtiment intégrant un mur MCP- aérogel dans son enveloppe et une étude économique a été réalisée. Ces études ont confirmé l'intérêt du mur vis-à-vis de l'amélioration des performances énergétiques du bâtiment. La faisabilité économique de l'application du mur dépend du climat, du coût d’énergie, et du coût d'investissement.

International audience; A reduced-complexity numerical model, LX-Shore, is developed to simulate shoreline evolution along wave-dominated sandy coasts. The model can handle any sandy shoreline geometries (e.g. sand spits, islands), including non-erodible areas such as coastal defenses and headlands, and is coupled with a spectral wave model to cope with complex nearshore wave fields. Shoreline change is primarily driven by the gradients in total longshore sediment transport and by the cross-shore transport owing to variability in incident wave energy. Application to academic cases and a real coast highlights the potential of LX-Shore to simulate shoreline change on timescales from hours (storm) to decades with low computational cost. LX-Shore opens new perspectives in terms of knowledge on the primary mechanisms locally driving shoreline change and for ensemble-based simulations of future shoreline evolution.