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International audience; Exact solutions for coupled warping beam problem are developed in the present paper. The torsion and shear warping problems are considered together, and three beam formulations are considered, regarding the influence of the bi-moment and bi-shear terms. In the first case, where the bi-moment and bi-shear terms are neglected, the exact solutions have a simple polynomial form. In the second and third cases, the exact solution have a more elaborate form, consisting of hyperbolic terms. The coupling between the modes results from the lack of symmetry of the cross-section and is captured in the exact solution for all modes.

This thesis proposes a numerical tool for the static and dynamic study of viscoelastic structures made of Functionally Graded Materials (FGM) for vibration control by passive damping. The objective is to make available to engineers a generic code based on the finite element approach for sizing calculations on FGM sandwich beam with viscoelastic core for applications requiring lightness and good thermal and mechanical resistance such as aerospace, automotive and nuclear. To reach this objective we first proposed a numerical model for the static and free vibration study of FGM sandwich beams with elastic behavior. This finite element model is implemented in the Matlab code environment. Using this code, we compare different beam theories for different geometric properties and boundary conditions. Thus, the limit of the classical beam theory in the study of short structures is highlighted. Also with this numerical model, the study of axial-bending and axial-rotation coupling is possible. From this, it is shown that FGM structures are very sensitive to spatial coupling and warping effects because of the non-symmetrical distribution of the material in their cross sections. In the proposed code, the resolution of the vibration problem is possible using classical eigenvalue and eigenvector problem solving methods. Then to introduce passive damping in the FGM sandwich structure, we proposed a sandwich beam model with FGM materials faces and viscoelastic materials core. This model is also implemented in the Matlab language and proposed as a generic tool. The interest of this numerical tool lies in its ability to compute the modal properties as well as the behavior of the viscoelastic FGM sandwich beam while taking into account the frequency dependence of the viscoelastic behavior, the boundary conditions and the axial-bending and axial-rotation coupling specific to FGM materials. The free vibration problem is non-linear in this case due to the material non-linearity induced by the soft layer. In the proposed code, the resolution of this problem is possible thanks to the coupling of the homotopy technical, the asymptotic numerical method and the automatic differentiation. Through this work, the contribution of FGM materials in the improvement of the damping power of structures is highlighted. In the continuation of the work, we propose a finite element formulation to compute the amplitude of forced vibrations of viscoelastic FGM sandwich structures. The resolution of the forced vibration problem is possible by using the bandwidths method. A study on the contribution of FGM materials in the reduction of vibration amplitudes is carried out for different viscoelastic laws. It is proved in this study that by a direct control of the composition gradient of FGM materials it is possible to optimize the damping power of structures even for low frequency modes for which classical composite materials have a damping power requiring improvement.; On propose par le biais de cette thèse un outil numérique pour l’étude statique et dynamique des structures viscoélastiques constituées de matériaux à gradient de propriétés (FGM) pour le contrôle des vibrations par amortissement passif. L’objectif est de mettre à la disposition des ingénieurs un code générique basé sur l’approche élément fini pour des calculs de dimensionnements sur des poutres sandwich FGM à âme viscoélastique destinées aux applications exigeant la légèreté et une bonne résistance thermique et mécanique comme le domaine de l’aérospatial, de l’automobile et du nucléaire. Pour atteindre cet objectif nous avons d’abord proposé un modèle numérique pour l’étude statique et des vibrations libres des poutres sandwich FGM à comportement élastique. Ce modèle élément fini est implémenté dans l’environnement du code Matlab. A l’aide de ce code nous comparons les différentes théories de poutre pour différentes configurations géométriques et différentes conditions aux limites. Ainsi, la limite de la théorie classique de poutre dans l’étude des structures courtes est soulignée. Aussi, avec ce modèle numérique, l’étude du couplage flexion membrane et rotation membrane est possible. De là, il est montré que les structures FGM sont très sensibles aux effets de couplages spatiaux et du gauchissement à cause de la répartition non symétrique de la matière dans leurs sections droites. Dans le code proposé, la résolution du problème de vibrations est possible grâce à des méthodes classiques de résolution des problèmes aux valeurs propres et vecteurs propres. Pour introduire de l’amortissement passif dans la structure sandwich FGM, nous avons proposé un modèle de poutre sandwich dont les faces sont en matériaux FGM et le cœur en matériaux viscoélastiques. Ce modèle est également implémenté dans le langage de programmation Matlab et proposé sous forme d’un outil générique. L’intérêt de cet outil numérique réside dans sa capacité à calculer les propriétés modales ainsi que le comportement de la structure sandwich FGM viscoélastique tout en prenant en compte la dépendance en fréquence du comportement viscoélastique, les conditions aux limites et le couplage membrane-flexion et membrane-rotation propres aux matériaux FGM. Le problème de vibrations libres est fortement non linéaire dans ce cas à cause de la non linéarité matériaux induite par la couche molle. Dans le code proposé, la résolution de ce problème est possible grâce au couplage de la technique d’homotopie, de la méthode asymptotique numérique et de la différentiation automatique. Par ce travail, l’apport des matériaux FGM dans l’amélioration du pouvoir amortissant des structures est démontré. Dans la suite du travail, nous proposons une formulation élément fini pour calculer l’amplitude des vibrations forcées des structures sandwich FGM viscoélastiques. La résolution du problème de vibration forcée est possible par utilisation de la méthode des bandes passantes. Une étude sur la contribution des matériaux FGM dans la réduction des amplitudes de vibrations est menée pour différentes lois viscoélastiques. Il est prouvé dans cette étude que par un contrôle direct du gradient de composition des matériaux FGM, il est possible d’optimiser le pouvoir amortissant des structures même pour les modes de basses fréquences pour lesquels les matériaux composites classiques présentent un pouvoir amortissant nécessitant des améliorations.

Thin-walled beams with open section constitute main elements in engineering applications fields as in civil engineering, automotive and aerospace construction. Due to slenderness and cross section shapes, these elements are very sensitive to torsion and instabilities in both statics and dynamics. In dynamics, the torsional and flexural-torsional modes of vibration are often lower frequencies compared to the classical plane pure bending modes. Thus, planar failures of such structures are known to be an exception rather than a rule. In torsion, warping is important and governs the behavior. In this thesis work, we are interested with the dynamic behavior of thin-walled beams with arbitrary open cross sections. Based on the Vlasov’s model accounting for warping, the 3D motion equations are derived from the Hamilton’s principle. Original analytical solutions for different boundary conditions are derived for higher free vibration modes. In these solutions, the effects of the inertial rotation terms in bending and torsion are taken into consideration. For more general cases, a 3D beam finite element model is described and implemented. Compared to conventional 3D beams, warping is considered as an additional Degree Of Freedom (DOF). The mass and stiffness matrices are obtained by numerical integration (Gauss method). In the model, free and forced vibration analyses are possible. The model is validated by comparison with benchmark solutions available in the literature and other numerical results obtained from simulation on commercial codes. In order to validate the present model, laboratory test campaign is undertaken at the LEM3 laboratory in Metz. Tests are carried out on thin-walled beams with different boundary conditions. Free and forced vibration tests are performed using impact hammer and shaker machine. In the presence of arbitrary sections, flexural-torsional vibration modes are observed. The analytical, the numerical and the experimental solutions are compared and validated. Moreover, the numerical and experimental dynamic response spectra are compared. A good agreement between the various solutions is remarked. The model is extended to 3D beams in presence of lateral braces. 3D elastic and viscous springs are added in the finite element model. The effect of the springs is studied in order to improve the behavior of thin-walled beams against undesirable lateral bending and torsion modes.; Les poutres à parois minces à sections ouvertes sont des éléments de base des ouvrages courants en génie civil, de l'automobile et de l'aéronautique. En raison de leur élancement et la forme des sections, elles sont très sensibles à la torsion et aux instabilités aussi bien en statique qu’en dynamique. En dynamique, les modes de vibration en torsion sont plus dominants par rapport au modes de flexion classiques. Pour ces raisons, les défaillances planaires de telles structures sont connues pour être une exception plutôt qu'une règle. Dans ce travail de thèse, on s’intéresse au comportement dynamique de poutres à parois minces et à section ouvertes arbitraires. En se basant sur le modèle de Vlasov qui prend en compte de la torsion et du gauchissement, les équations de mouvement 3D sont dérivées à partir du principe d’Hamilton. Des solutions analytiques originales pour différentes conditions aux limites sont dérivées pour des modes supérieurs en vibrations libres. Dans ces solutions, les effets des termes de rotation inertiels en flexion et torsion sont pris en compte. Pour des cas généraux, un modèle élément fini de poutre 3D est décrit et implémenté. Dans le modèle, un degré de liberté (ddl) est affecté au gauchissement. Toutes les matrices de rigidité masse de base sont calculées par intégration numérique (intégration de Gauss). Dans le modèle, les calculs en vibrations libres et forcées sont possibles. Le modèle est validé par comparaison aux solutions numériques et expérimentaux de la littérature. Une comparaison aux simulations des codes commerciaux est aussi suivie. Afin de valider le modèle théorique et numérique utilisé, une campagne d’essais a été suivie au LEM3 à Metz. Des essais de vibration libre et forcée sont effectués sur des poutres à parois minces avec différentes conditions aux limites. Les solutions analytiques, numériques et les mesures expérimentales sont comparées et validées. Un bon accord entre les différentes solutions est constaté. Le modèle est étendu aux poutres 3D retenues latéralement par des entretoises. Des ressorts élastiques et visqueux 3D sont ajoutés dans le modèle numérique. L'effet des entretoises est étudié dans le but d’améliorer le comportement des poutres à parois minces vis-à-vis des modes indésirables de type flexion latérale et torsion.

Thin-walled beams with open section constitute main elements in engineering applications fields as in civil engineering, automotive and aerospace construction. Due to slenderness and cross section shapes, these elements are very sensitive to torsion and instabilities in both statics and dynamics. In dynamics, the torsional and flexural-torsional modes of vibration are often lower frequencies compared to the classical plane pure bending modes. Thus, planar failures of such structures are known to be an exception rather than a rule. In torsion, warping is important and governs the behavior. In this thesis work, we are interested with the dynamic behavior of thin-walled beams with arbitrary open cross sections. Based on the Vlasov’s model accounting for warping, the 3D motion equations are derived from the Hamilton’s principle. Original analytical solutions for different boundary conditions are derived for higher free vibration modes. In these solutions, the effects of the inertial rotation terms in bending and torsion are taken into consideration. For more general cases, a 3D beam finite element model is described and implemented. Compared to conventional 3D beams, warping is considered as an additional Degree Of Freedom (DOF). The mass and stiffness matrices are obtained by numerical integration (Gauss method). In the model, free and forced vibration analyses are possible. The model is validated by comparison with benchmark solutions available in the literature and other numerical results obtained from simulation on commercial codes. In order to validate the present model, laboratory test campaign is undertaken at the LEM3 laboratory in Metz. Tests are carried out on thin-walled beams with different boundary conditions. Free and forced vibration tests are performed using impact hammer and shaker machine. In the presence of arbitrary sections, flexural-torsional vibration modes are observed. The analytical, the numerical and the experimental solutions are compared and validated. Moreover, the numerical and experimental dynamic response spectra are compared. A good agreement between the various solutions is remarked. The model is extended to 3D beams in presence of lateral braces. 3D elastic and viscous springs are added in the finite element model. The effect of the springs is studied in order to improve the behavior of thin-walled beams against undesirable lateral bending and torsion modes.; Les poutres à parois minces à sections ouvertes sont des éléments de base des ouvrages courants en génie civil, de l'automobile et de l'aéronautique. En raison de leur élancement et la forme des sections, elles sont très sensibles à la torsion et aux instabilités aussi bien en statique qu’en dynamique. En dynamique, les modes de vibration en torsion sont plus dominants par rapport au modes de flexion classiques. Pour ces raisons, les défaillances planaires de telles structures sont connues pour être une exception plutôt qu'une règle. Dans ce travail de thèse, on s’intéresse au comportement dynamique de poutres à parois minces et à section ouvertes arbitraires. En se basant sur le modèle de Vlasov qui prend en compte de la torsion et du gauchissement, les équations de mouvement 3D sont dérivées à partir du principe d’Hamilton. Des solutions analytiques originales pour différentes conditions aux limites sont dérivées pour des modes supérieurs en vibrations libres. Dans ces solutions, les effets des termes de rotation inertiels en flexion et torsion sont pris en compte. Pour des cas généraux, un modèle élément fini de poutre 3D est décrit et implémenté. Dans le modèle, un degré de liberté (ddl) est affecté au gauchissement. Toutes les matrices de rigidité masse de base sont calculées par intégration numérique (intégration de Gauss). Dans le modèle, les calculs en vibrations libres et forcées sont possibles. Le modèle est validé par comparaison aux solutions numériques et expérimentaux de la littérature. Une comparaison aux simulations des codes commerciaux est aussi suivie. Afin de valider le modèle théorique et numérique utilisé, une campagne d’essais a été suivie au LEM3 à Metz. Des essais de vibration libre et forcée sont effectués sur des poutres à parois minces avec différentes conditions aux limites. Les solutions analytiques, numériques et les mesures expérimentales sont comparées et validées. Un bon accord entre les différentes solutions est constaté. Le modèle est étendu aux poutres 3D retenues latéralement par des entretoises. Des ressorts élastiques et visqueux 3D sont ajoutés dans le modèle numérique. L'effet des entretoises est étudié dans le but d’améliorer le comportement des poutres à parois minces vis-à-vis des modes indésirables de type flexion latérale et torsion.

International audience; This paper presents single receiver geoacoustic inversion of two independent data sets recorded during the 2017 seabed characterization experiment on the New England Mud Patch. In the experimental area, the water depth is around 70 m, and the seabed is characterized by an upper layer of fine grained sediments with clay (i.e., mud). The first data set considered in this paper is a combustive sound source signal, and the second is a chirp emitted by a J15 source. These two data sets provide differing information on the geoacoustic properties of the seabed, as a result of their differing frequency content, and the dispersion properties of the environment. For both data sets, source/receiver range is about 7 km, and modal time-frequency dispersion curves are estimated using warping. Estimated dispersion curves are then used as input data for a Bayesian trans-dimensional inversion algorithm. Subbottom layering and geoacoustic parameters (sound speed and density) are thus inferred from the data. This paper highlights important properties of the mud, consistent with independent in situ measurements. It also demonstrates how information content differs for two data sets collected on reciprocal tracks, but with different acoustic sources and modal content. OAPA

In order to determine the seismic vulnerability of reinforced concrete structures, effective and sufficiently accurate numerical methods are required. Two-dimensional or three-dimensional finite element methods, widely used, provide reliable results. However, these types of methods involve a large number of degrees of freedom and robust 3D behavioral laws for concrete and steel to accurately capture the non-linearities in slender reinforced concrete elements. Another more practical method, in the field of structural engineering, is the use of multifiber beam elements.By using multifiber beam elements, the structure can be discretized with linear elements that carry a section discretized in the transversal direction based on the kinematic assumption of Euler Bernoulli or Timoshenko. The discretization of the section makes it possible to simply use nonlinear behavior laws and to model composite sections such as reinforced concrete. Nevertheless, there are limitations to this kind of model. Therefore, several researches have been conducted in the past few years to enhance the kinematics of the beam elements in order to correctly reproduce the shearing effects, especially in the case of short beams where the latter effect is not negligible. Several approaches have been developed in this field, as the one proposed by [VEC 88] adequate for two-dimensional case studies but doesn’t reproduce the torsional effect, the approach presented by [LEC 12], but whose model can not be applied to reinforced concrete elements, and the formulation proposed by [MOH 10] which is suitable for reinforced concrete applications but works only in 2D. More recently ([CAP 16b]; [CAP 16a]) have developed an enhanced multifiber beam model adapted to reinforced concrete elements and takes into account the warping of the section. The combination of this beam element with a concrete behavior model such as the µ model [MAZ 13], provides robust results with interesting computational speed. However, as shown by some experimental tests [CUS 95], the amount of transverse reinforcement triggers significantly the behavior of the beam elements, especially under cyclic loading . In the previous works, these reinforcements are neglected or considered in an approximative manner.Based on the work of [LEC 12] and [CAP 16a], this thesis aims to model the effect of transversal reinforcement. The approach proposed herein is to enhance the multifiber beam elements in order to take into account the distortion of the section. For this purpose, additional transverse displacements are introduced. The application of the principle of virtual powers on the field of associated virtual velocity leads to project the equilibrium equations of the element and thus to obtain the classical equilibrium equation of the element as well as the equilibrium of the section. The latter one allows to take into account the effect of the transverse reinforcements and to correctly calculate the lateral stresses applied to each concrete fiber. Moreover, in order to be able to reproduce the confinement effect due to the presence of stirrups, a dilatant constitutive law has to be attributed to the concrete fibers at the section level. In this context, the Mu model has been chosen even though it’s not a dilatant model. For this reason, a method of introducing dilatancy at the level of the Poisson’s coefficient is presented in this work. The 2D and 3D enhanced multifiber displacement beam models are formulated based on the Caillerie beam element [CAI 15] with higher order interpolation functions. The performance of these two approaches is also demonstrated by comparing the numerical model response to different experimental results of the literature.; Pour déterminer la vulnérabilité sismique des structures en béton armé, des méthodes de calcul numérique à l’échelle structurelle, effiaces et suffisamment précises, sont nécessaires. Des formulations d’éléments finis bidimensionnels ou tridimensionnels, largement utilisées, fournissent des résultats fiables. Cependant, ces types de méthodes impliquent un grand nombre de degrés de liberté et des lois de comportement robustes 3D pour le béton et l’acier, afin de capturer avec précision les non-linéarités dans les éléments élancés de structure en béton armé. Une autre méthode plus pratique dans le domaine de l’ingénierie des structures est l’utilisation des éléments de poutres multifibres. C’est la méthode adoptée dans ce travail de thèse.Les éléments poutres multifibres permettent de discrétiser la structure à l’aide d’éléments linéiques qui portent une section discrétisée dans le sens transversal en faisant l’hypothèse de cinématique d’Euler Bernoulli ou Timoshenko. La discrétisation de la section permet d’utiliser simplement des lois de comportement non linéaires et de modéliser des sections composites comme le béton armé. Néanmoins, il existe des limitations à ce genre de modèle. Ainsi, plusieurs recherches ont été menées, ces dernières années pour enrichir les éléments poutres afin de reproduire correctement les effets de cisaillement surtout dans le cas de poutres peu élancées où l’effet de cisaillement est non négligeable. Comme l’approche proposée par [VEC 88] adéquate pour les chargements bidimensionnels mais ne reproduisant pas l’effet de torsion, celle présentée par [LEC 12], mais dont le modèle ne peut pas être appliqué aux éléments en béton armé, et la formulation numérique de [MOH 10] qui est adaptée aux applications en béton armé mais ne fonctionne qu’en 2D. Plus récemment ([CAP 16b]; [CAP 16a]) et son équipe ont développé une technique adaptée au béton armé, qui prend en compte le gauchissement de la section et permet de calculer un état de déformation dans les fibres de béton sous des sollicitations 3D. Dans les travaux cités plus haut, soit les cadres d’armatures transversales ne sont pas du tout pris en compte, soit ils le sont de manière trop approximative. Cependant, comme le montrent certains essais expérimentaux menés par [CUS 95], la quantité de ferraillage transversal déclenche de manière significative le comportement des éléments structuraux, notamment sous chargement cyclique.Basé sur les travaux de [LEC 12] et [CAP 16a], ce travail de thèse vise à modéliser l’effet des armatures transversales sur le comportement du béton. La démarche proposée est d’enrichir les éléments finis poutres multifibres pour prise en compte de la distorsion de la section. Pour cela, des déplacements transversaux additionnels sont introduits. L’application du principe des puissances virtuelles sur le champ de vitesse virtuel associé permet de projeter les équations d’équilibre de l’élément et ainsi d’obtenir l’équation d’équilibre classique de l’élément mais aussi l’équilibre de la section. Cette dernière permet donc de tenir compte de l’effet des armatures transversales et de calculer correctement les contraintes latérales appliquées à chaque fibre de béton. En outre, afin de pouvoir reproduire l’effet de confinement des fibres de béton par les cadres, une loi de comportement dilatante doit être attribuée au béton. Dans ce contexte, la loi de comportement du µ modèle a été choisie. Celle-ci est dépourvue du comportement dilatant. Pour cette raison, une méthode d’introduction de la dilatance au niveau du coefficient de poisson est présentée dans ce mémoire. Les éléments poutres multifibres enrichis 2D et 3D sont formulés en déplacement et sont basés sur le modèle poutre de Caillerie [CAI 15] avec des fonctions de formes d’ordre supérieur. La pertinence de ces deux approches est finalement démontrée en confrontant la réponse du modèle numérique à différents résultats expérimentaux de la littérature.

This thesis work is presented in the framework of a scientific partnership between Laboratoire Navier and the french start-up STRAINS. Believing in the need for new methodologies in structural analysis, STRAINS is developing a new software dedicated to the structural analysis of bridges. In this context, this work suggests new tools for the analysis of slender structures.The higher-order elastic beam element developed by cite{Ferradi2016} is first extended to the case of eigenstrains, enabling the model to deal with various physical phenomena such as creep, prestress or thermal loads. An enriched kinematics is used to capture the local response of the structure. Different examples highlight the local accuracy of the model and its fast computational performances. The model is also extended to plasticity in small perturbations. Considering the plastic strains developing in the structure as eigenstrains, the previous works are used to derive a higher-order elastoplastic kinematics.Finally, a new elastoplastic beam element for reinforced concrete is suggested. The concrete material is described by using the elastoplastic beam model developed previously while steel rebars are modeled by one dimensional bar elements. This method enables a fine local description of the concrete behavior and an accurate representation of the reinforcement. The validity of computations is assessed thanks to energy considerations; Ce travail s'inscrit dans le cadre d'un partenariat scientifique entre le Laboratoire Navier et la société STRAINS. Convaincue du besoin de renouveler les méthodes actuelles de calcul de structures, STRAINS développe un nouveau logiciel dédié à l'analyse des ouvrages d'art. Dans ce contexte, cette thèse propose de nouveaux outils pour l'analyse des structures élancées. Le modèle élastique de poutre d'ordre supérieur développé par cite{Ferradi2016} est d'abord adapté au cas des déformations imposées, permettant ainsi au modèle de représenter un grand nombre de phénomènes physiques tels que le fluage, la précontrainte ou les chargements thermiques. Différents exemples viennent souligner la précision numérique du modèle ainsi que ses performances en temps de calcul. Le modèle est également étendu au cadre de la théorie de la plasticité. Considérant les déformations plastiques comme des déformations imposées, les résultats précédemment obtenus sont utilisés pour développer une nouvelle cinématique d'ordre supérieur. Enfin, un nouvel élément de poutre élastoplastique pour le béton armé est proposé. Le béton est décrit grâce au modèle élastoplastique et les ferraillages sont modélisés par des éléments barres à une dimension. Cette méthode permet une description précise du comportement du béton et une représentation fidèle des renforcements. La validité des calculs est évaluée par des considérations de dissipation énergétique

A class of random non-stationary signals termed timbre x dynamics is introduced and studied. These signals are obtained by non-linear transformations of sta-tionary random gaussian signals, in such a way that the transformation can be approximated by translations in an appropriate representation domain. In such situations, approximate maximum likelihood estimation techniques can be de-rived, which yield simultaneous estimation of the transformation and the power spectrum of the underlying stationary signal. This paper focuses on the case of modulation and time warping of station-ary signals, and proposes and studies estimation algorithms (based on time-frequency and time-scale representations respectively) for these quantities of interest. The proposed approach is validated on numerical simulations on synthetic signals, and examples on real life car engine sounds., Comment: Applied and Computational Harmonic Analysis, Elsevier, 2016, \

International audience; — In passive acoustic monitoring, source localization using multipath propagation can be challenging whenever the source-receiver configuration leads to overlapping multipath arrival patterns. We propose a single-hydrophone model-based method with matched-impulse response (IR) processing that exploits unresolved multipath arrival patterns to locate the source in 3D, making the best use of the bathymetric information as well as the time differences of groups of arrivals. When only groups of paths are resolved, the identity of the paths constituting the groups remains unknown, preventing the use of classical localization methods. To overcome this critical limitation, we apply an approach based on the characterization of groups of paths to estimate the source location.

We propose an approach for multiple sequence alignment (MSA) derived from the dynamic time warping viewpoint and recent techniques of curve synchronization developed in the context of functional data analysis. Starting from pairwise alignments of all the sequences (viewed as paths in a certain space), we construct a median path that represents the MSA we are looking for. We establish a proof of concept that our method could be an interesting ingredient to include into refined MSA techniques. We present a simple synthetic experiment as well as the study of a benchmark dataset, together with comparisons with 2 widely used MSA softwares.

International audience; The formal asymptotic expansion method is an attractive mean to derive simpli-fie models for problems exhibiting a small parameter, such as the elastic analysis of beam-like structures. Usually this method is rigorously justifie using convergence theorems Yu and Hodges, 2004. In this paper it is illustrated how the Saint-Venant's solution naturally arises from the lowest order terms of an asymptotic expansion of the elastic state for the case of homogeneous isotropic beams. It is also highlighted that the Saint-Venant solutions corresponding to pure traction, bending and torsion involve the solution of the first-orde microscopic problems, while for the simple bending problem, the solution of the second-order microscopic problems is needed. The second-order problems provide therefore a way to characterize the transverse shear behavior and the cross-sectional warping of the beam.

This work deals with approximating expensive-to-evaluatefunctions exhibiting heterogeneous sensitivity to input perturbationsdepending on regions of the input space. Motivated by real test caseswith high computational costs coming mainly from IRSN nuclear safetystudies, we resort to surrogate models of the numerical simulatorsusing Gaussian processes (GP). GP models are popular for sequentialevaluation strategies in design of experiments under limited evaluationbudget. While it is common to make stationarity assumptions for theprocesses and use sampling criteria based on its variance forexploration, we tackle the problem of accommodating the GP-based designto the heterogeneous behaviour of the function from two angles: firstvia a novel class of covariances (WaMI-GP) that simultaneouslygeneralises existing kernels of Multiple Index and of tensorised warpedGP and second, by introducing derivative-based sampling criteriadedicated to the exploration of high variation regions. The novel GPclass is investigated both through mathematical analysis and numericalexperiments, and it is shown that it allows encoding muchexpressiveness while remaining with a moderate number of parameters tobe inferred. Moreover, exploiting methodological links between waveletsanalysis and non-stationary GP modelling, we propose a new non-stationary GP (Wav-GP) with non-parametric warping. The key point is aniterated estimation of the so-called local scale that approximates thederivative of the warping. Wav-GP is applied to two mechanical casestudies highlighting promising prediction performance. Independently ofnon-stationarity assumptions, we conduct derivations for new variance-based criteria relying on the norm of the GP gradient field. Criteriaand models are compared with state-of-the-art methods on engineeringtest cases. It is found on these applications that some of the proposedgradient-based criteria outperform usual variance-based criteria in thecase of a stationary GP model, but that it is even better to usevariance-based criteria with WaMI-GP, which dominates mostly for smalldesigns and in sequential set up. Other contributions in samplingcriteria address the problem of global optimisation, focusing on theexpected improvement criterion and its multipoint version for parallelbatch evaluations. Closed form formulas and fast approximations areestablished for a generalised version of the criterion and its gradient. Numerical experiments illustrate that the proposed approachesenable substantial computational savings., Cette thèse traite de l'approximation de fonctions coûteuses à évaluer et présentant un comportement hétérogène selon les régions du domaine d'entrées. Dans beaucoup d’applications industrielles comme celles issues de la sûreté nucléaire et menées à l’IRSN, les codes de calcul de simulation physique ont des coûts numériques importants et leurs réponses sont alors approchées par un modèle. Les modèles par processus gaussien (PG) sont répandus pour construire des plans d'expériences au budget d'évaluations limité. Alors que les méthodes de planifications standard explorent le domaine en partant souvent d'une hypothèse de stationnarité et en utilisant des critères d'échantillonnages basés sur la variance, nous abordons sous deux aspects le problème d'adapter la planification d'expériences par PG aux fonctions à variations hétérogènes : d'une part sur la modélisation, en proposant une nouvelle famille de covariances (WaMI-GP) qui généralise deux noyaux existants (noyaux à indice multiple et noyaux à déformation tensorielle), et d'autre part sur la planification, en définissant et calculant de nouveaux critères d'échantillonnage à partir des dérivées du PG et dédiés à l'exploration de régions à grandes variations. Une analyse théorique de la nouvelle famille de PG ainsi que des expériences numériques montrent à la fois une certaine souplesse de modélisation et un nombre modéré de paramètres de modèle à estimer. Par ailleurs, un travail sur le couplage entre ondelettes et PG a conduit au développement d'un modèle non stationnaire, appelé ici wav-GP, qui utilise l'échelle locale pour approcher la dérivées de la déformation de manière itérative et non paramétrique. Les applications de wav-GP sur deux cas d'étude mécaniques fournissent des résultats prometteurs pour la prédiction de fonctions ayant un comportement hétérogène. D'autres part, nous formulons et calculons de nouveaux critères de variance qui reposent sur le champs de la norme du gradient du PG, et cela quelques soient les propriétés de (non) stationnarité du modèle. Les critères et les modèles sont comparés avec des méthodes de références sur des cas d'étude en ingénierie. Il en résulte que certains des critères par gradient proposés sont plus efficaces que les critères de variance plus conventionnels, mais qu'il est encore mieux de combiner le modèle WaMI-GP avec ces critères de variance. Ce modèle est souvent le plus compétitif dans des situations où les évaluations sont séquentielles et à nombre réduit. D'autres contributions s'inscrivant dans le thème de l'optimisation globale concernent en particulier le critère d'échantillonnage d'amélioration espérée (connu en anglais comme le critère d'expected improvement) et sa version multipoint pour l'évaluation en parallèle par paquet. Des formules analytiques et des approximations rapides sont établies pour une version généralisée du critère et pour son gradient.

The geoacoustic inversion aims at giving an estimate of the oceanographic properties impacting the acoustic propagation. Most of the current geoacoustic inversion methods are active methods. However, the environment protection policy as well as military necessity of discretion is leading the community into working on less invasive and more discrete inversion schemes. The main idea of passive geoacoustic inversion is to take advantage of opportunity sources by listening to the effect of the environmental properties on their propagation. This PhD work focuses on the development and the validation of a new passive geoacoustic inversion scheme relying on marine mammals frequency modulations recorded on a single hydrophone in shallow waters. This mono-receiver method uses the multipath propagation. The processing of a set of calls provide an estimate of the reflexion coefficient regarding the grazing angle. High resolution separation tools based on bespoke time warping operators have been developed to improve the range of the method in case of not reported multipaths. When the paths remains unresolved (thus unidentified), others tools have been implemented that allows to locate the source with groups of unidentified paths. This localisation can be reached in 3D using only one receiver in varied bathymetry. We analyse the directivity for the high-frequency signals we planed to use and demonstrate how to take into account the directivity as soon as the source directivity pattern is available.; L’inversion géoacoustique permet d’estimer les propriétés du milieu marin à partir de ses effets sur la propagation acoustique. Les politiques de protection de l’environnement, mais également les besoins militaires liés à la discrétion, ont conduit la communauté à se pencher sur des alternatives discrètes et moins invasives que les méthodes actuelles actives. En contexte passif, l’environnement est étudié à partir de son impact sur la propagation de signaux émis par des sources d’opportunité déjà présentes dans le milieu. Les travaux présentés dans ce manuscrit sont consacrés au développement et à l’évaluation d’une méthode d’inversion géoacoustique passive à partir de modulations de fréquences de mammifères marins enregistrées sur un unique hydrophone. Cette méthode monocapteur exploite la propagation multitrajets de ces modulations de fréquences, propagées en environnement petits fonds pour en extraire l’information nécessaire à l’estimation du coefficient de réflexion du fond. Le traitement d’une collection de signaux permet de décrire une courbe du coefficient de réflexion en fonction de l’angle de rasance sur le fond. La méthode est dotée d’outils permettant l’extraction des observables nécessaires à l’inversion. Des outils de séparation haute résolution des trajets ont été développés pour les cas de propagation multitrajets non résolue. Avec un unique capteur, la localisation en 3D est rendue possible grâce à l’apport de la bathymétrie, même lorsque les trajets d’arrivée sont non séparables et non identifiables. La directivité des sources hautes fréquences, ciblées pour l’inversion, a été analysée et sa prise en compte dans le cas d’un diagramme de directivité connu est présentée.

The geoacoustic inversion aims at giving an estimate of the oceanographic properties impacting the acoustic propagation. Most of the current geoacoustic inversion methods are active methods. However, the environment protection policy as well as military necessity of discretion is leading the community into working on less invasive and more discrete inversion schemes. The main idea of passive geoacoustic inversion is to take advantage of opportunity sources by listening to the effect of the environmental properties on their propagation. This PhD work focuses on the development and the validation of a new passive geoacoustic inversion scheme relying on marine mammals frequency modulations recorded on a single hydrophone in shallow waters. This mono-receiver method uses the multipath propagation. The processing of a set of calls provide an estimate of the reflexion coefficient regarding the grazing angle. High resolution separation tools based on bespoke time warping operators have been developed to improve the range of the method in case of not reported multipaths. When the paths remains unresolved (thus unidentified), others tools have been implemented that allows to locate the source with groups of unidentified paths. This localisation can be reached in 3D using only one receiver in varied bathymetry. We analyse the directivity for the high-frequency signals we planed to use and demonstrate how to take into account the directivity as soon as the source directivity pattern is available.; L’inversion géoacoustique permet d’estimer les propriétés du milieu marin à partir de ses effets sur la propagation acoustique. Les politiques de protection de l’environnement, mais également les besoins militaires liés à la discrétion, ont conduit la communauté à se pencher sur des alternatives discrètes et moins invasives que les méthodes actuelles actives. En contexte passif, l’environnement est étudié à partir de son impact sur la propagation de signaux émis par des sources d’opportunité déjà présentes dans le milieu. Les travaux présentés dans ce manuscrit sont consacrés au développement et à l’évaluation d’une méthode d’inversion géoacoustique passive à partir de modulations de fréquences de mammifères marins enregistrées sur un unique hydrophone. Cette méthode monocapteur exploite la propagation multitrajets de ces modulations de fréquences, propagées en environnement petits fonds pour en extraire l’information nécessaire à l’estimation du coefficient de réflexion du fond. Le traitement d’une collection de signaux permet de décrire une courbe du coefficient de réflexion en fonction de l’angle de rasance sur le fond. La méthode est dotée d’outils permettant l’extraction des observables nécessaires à l’inversion. Des outils de séparation haute résolution des trajets ont été développés pour les cas de propagation multitrajets non résolue. Avec un unique capteur, la localisation en 3D est rendue possible grâce à l’apport de la bathymétrie, même lorsque les trajets d’arrivée sont non séparables et non identifiables. La directivité des sources hautes fréquences, ciblées pour l’inversion, a été analysée et sa prise en compte dans le cas d’un diagramme de directivité connu est présentée.

The present work is dedicated to the numerical modelling of structures using multifibre beam elements. This numerical method was proved to be efficient to simulate the behaviour of slender structural elements subject to normal stresses. However, the response of the model for shear-dominating stresses lacks of accuracy. This problem is addressed by introducing warping in the kinematics of multibfibre beam elements. A new multifibre element is developed in two steps. Torsional warping is first introduced in the deformations of an arbitrary-shaped composite cross section. The resulting warping profiles are validated by comparison with the axial displacements obtained by three-dimensional modelling of beams in torsion. After implementation of the warping kinematics in a Timoshenko multifibre beam element, the formulation is validated against the experimental behaviour of beams subject to pure torsion. The material is modelled by a 3D damage law, and warping is updated throughout the computations to account for damage evolution. A comparison of torque–twist curves predicted with enhanced and classical beam elements to experimental curves highlights the importance of including warping in the model. The second step consists in formulating an element with additional warping degrees of freedom, accounting for the warping deformations due to both transverse shear and torsion. This element is validated using an analytical model for a beam subject to transverse shear. Then the linear elastic behaviour of a beam subject to both shear and torsion is successfully compared to the results of a 3D simulation. The complete formulation is coupled to damage through an implicit soulution procedure for the beam and the warping degrees of freedom. The enhanced method is eventually used to compute the behaviour of a full structure subject to a seismic loading.; Les travaux présentés dans cette thèse sont consacrés à l'enrichissement de la méthode de modélisation par éléments finis de type poutre multifibre. La méthode a fait ses preuves pour le calcul dynamique d'éléments de structures élancés, lorsque les contraintes normales prédominent. Toutefois, lorsque les contraintes de cisaillement sont prépondérantes, l'approximation de la cinématique utilisée par les éléments poutre n'est plus assez précise pour obtenir des résultats satisfaisants. L'objet de ces travaux de thèse est d'améliorer la méthode en créant un nouvel élément permettant de tenir compte du gauchissement des sections transversales dû au cisaillement. Ce développement est réalisé en deux étapes. Les éléments sont enrichis dans un premier temps par les déformations de gauchissement sous sollicitation de torsion. Le modèle de gauchissement est validé dans le domaine linéaire par confrontation aux résultats d'une modélisation numérique 3D. Après implémentation du gauchissement de torsion dans l'élément multifibre, des simulations numériques de poutres en torsion pure sont comparées à des résultats d'essais, permettant de valider le comportement des éléments poutre dans les domaines linéaire et non linéaire. Un modèle d'endommagement est utilisé pour le béton, et le gauchissement est mis à jour au fur et à mesure du calcul en tenant compte de l'évolution des propriétés matériau. L'étape suivante d'enrichissement est alors réalisée, avec l'élaboration d'un modèle de gauchissement complet sous toutes sollicitations de cisaillement, couplé au modèle d'endommagement. Une validation locale du profil de gauchissement élastique sous effort tranchant est effectuée par comparaison à la solution analytique, puis le profil de gauchissement sous sollicitations couplées de torsion et d'effort tranchant est validé par confrontation aux résultats d'une modélisation 3D. Outre la prise en compte du cisaillement par effort tranchant, la principale différence de cet enrichissement avec le modèle précédent est le calcul implicite du profil de gauchissement de la poutre au cours du calcul de structure. Les deux modèles développés sont comparés sur le comportement de poutres en torsion monotone, afin de quantifier l'impact de la méthode de calcul sur la précision des résultats et sur l'efficacité du calcul. Finalement, le modèle complet avec gauchissement est appliqué à la simulation sismique d'une structure. L'ensemble de ces cas-tests montre que l'enrichissement de la méthode par éléments finis multifibres est fonctionnel, avec des perspectives d'amélioration en ce qui concerne l'efficacité numérique notamment, et des perspectives intéressantes d'application.

The present work is dedicated to the numerical modeling of structures using multifiber beam elements. This numerical method was proved to be efficient to simulate the behavior of slender structural elements subject to normal stresses. However, the response of the model for shear-dominating stresses lacks of accuracy. This problem is addressed by introducing warping in the kinematics of multibfiber beam elements. A new multifiber element is developed in two steps. Torsional warping is first introduced in the deformations of an arbitrary-shaped composite cross section. The resulting warping profiles are validated by comparison with the axial displacements obtained by three-dimensional modeling of beams in torsion. After implementation of the warping kinematics in a Timoshenko multifiber beam element, the formulation is validated against the experimental behavior of beams subject to pure torsion. The material is modeled by a 3D damage law, and warping is updated throughout the computations to account for damage evolution. A comparison of torque–twist curves predicted with enhanced and classical beam elements to experimental curves highlights the importance of including warping in the model. The second step consists in formulating an element with additional warping degrees of freedom, accounting for the warping deformations due to both transverse shear and torsion. This element is validated using an analytical model for a beam subject to transverse shear. Then the linear elastic behavior of a beam subject to both shear and torsion is successfully compared to the results of a 3D simulation. The complete formulation is coupled to damage through an implicit soulution procedure for the beam and the warping degrees of freedom. The enhanced method is eventually used to compute the behavior of a full structure subject to a seismic loading., Les travaux présentés dans cette thèse sont consacrés à l'enrichissement de la méthode de modélisation par éléments finis de type poutre multifibre. La méthode a fait ses preuves pour le calcul dynamique d'éléments de structures élancés, lorsque les contraintes normales prédominent. Toutefois, lorsque les contraintes de cisaillement sont prépondérantes, l'approximation de la cinématique utilisée par les éléments poutre n'est plus assez précise pour obtenir des résultats satisfaisants. L'objet de ces travaux de thèse est d'améliorer la méthode en créant un nouvel élément permettant de tenir compte du gauchissement des sections transversales dû au cisaillement. Ce développement est réalisé en deux étapes. Les éléments sont enrichis dans un premier temps par les déformations de gauchissement sous sollicitation de torsion. Le modèle de gauchissement est validé dans le domaine linéaire par confrontation aux résultats d'une modélisation numérique 3D. Après implémentation du gauchissement de torsion dans l'élément multifibre, des simulations numériques de poutres en torsion pure sont comparées à des résultats d'essais, permettant de valider le comportement des éléments poutre dans les domaines linéaire et non linéaire. Un modèle d'endommagement est utilisé pour le béton, et le gauchissement est mis à jour au fur et à mesure du calcul en tenant compte de l'évolution des propriétés matériau. L'étape suivante d'enrichissement est alors réalisée, avec l'élaboration d'un modèle de gauchissement complet sous toutes sollicitations de cisaillement, couplé au modèle d'endommagement. Une validation locale du profil de gauchissement élastique sous effort tranchant est effectuée par comparaison à la solution analytique, puis le profil de gauchissement sous sollicitations couplées de torsion et d'effort tranchant est validé par confrontation aux résultats d'une modélisation 3D. Outre la prise en compte du cisaillement par effort tranchant, la principale différence de cet enrichissement avec le modèle précédent est le calcul implicite du profil de gauchissement de la poutre au cours du calcul de structure. Les deux modèles développés sont comparés sur le comportement de poutres en torsion monotone, afin de quantifier l'impact de la méthode de calcul sur la précision des résultats et sur l'efficacité du calcul. Finalement, le modèle complet avec gauchissement est appliqué à la simulation sismique d'une structure. L'ensemble de ces cas-tests montre que l'enrichissement de la méthode par éléments finis multifibres est fonctionnel, avec des perspectives d'amélioration en ce qui concerne l'efficacité numérique notamment, et des perspectives intéressantes d'application.

The present work is dedicated to the numerical modeling of structures using multifiber beam elements. This numerical method was proved to be efficient to simulate the behavior of slender structural elements subject to normal stresses. However, the response of the model for shear-dominating stresses lacks of accuracy. This problem is addressed by introducing warping in the kinematics of multibfiber beam elements. A new multifiber element is developed in two steps. Torsional warping is first introduced in the deformations of an arbitrary-shaped composite cross section. The resulting warping profiles are validated by comparison with the axial displacements obtained by three-dimensional modeling of beams in torsion. After implementation of the warping kinematics in a Timoshenko multifiber beam element, the formulation is validated against the experimental behavior of beams subject to pure torsion. The material is modeled by a 3D damage law, and warping is updated throughout the computations to account for damage evolution. A comparison of torque–twist curves predicted with enhanced and classical beam elements to experimental curves highlights the importance of including warping in the model. The second step consists in formulating an element with additional warping degrees of freedom, accounting for the warping deformations due to both transverse shear and torsion. This element is validated using an analytical model for a beam subject to transverse shear. Then the linear elastic behavior of a beam subject to both shear and torsion is successfully compared to the results of a 3D simulation. The complete formulation is coupled to damage through an implicit soulution procedure for the beam and the warping degrees of freedom. The enhanced method is eventually used to compute the behavior of a full structure subject to a seismic loading.; Les travaux présentés dans cette thèse sont consacrés à l'enrichissement de la méthode de modélisation par éléments finis de type poutre multifibre. La méthode a fait ses preuves pour le calcul dynamique d'éléments de structures élancés, lorsque les contraintes normales prédominent. Toutefois, lorsque les contraintes de cisaillement sont prépondérantes, l'approximation de la cinématique utilisée par les éléments poutre n'est plus assez précise pour obtenir des résultats satisfaisants. L'objet de ces travaux de thèse est d'améliorer la méthode en créant un nouvel élément permettant de tenir compte du gauchissement des sections transversales dû au cisaillement. Ce développement est réalisé en deux étapes. Les éléments sont enrichis dans un premier temps par les déformations de gauchissement sous sollicitation de torsion. Le modèle de gauchissement est validé dans le domaine linéaire par confrontation aux résultats d'une modélisation numérique 3D. Après implémentation du gauchissement de torsion dans l'élément multifibre, des simulations numériques de poutres en torsion pure sont comparées à des résultats d'essais, permettant de valider le comportement des éléments poutre dans les domaines linéaire et non linéaire. Un modèle d'endommagement est utilisé pour le béton, et le gauchissement est mis à jour au fur et à mesure du calcul en tenant compte de l'évolution des propriétés matériau. L'étape suivante d'enrichissement est alors réalisée, avec l'élaboration d'un modèle de gauchissement complet sous toutes sollicitations de cisaillement, couplé au modèle d'endommagement. Une validation locale du profil de gauchissement élastique sous effort tranchant est effectuée par comparaison à la solution analytique, puis le profil de gauchissement sous sollicitations couplées de torsion et d'effort tranchant est validé par confrontation aux résultats d'une modélisation 3D. Outre la prise en compte du cisaillement par effort tranchant, la principale différence de cet enrichissement avec le modèle précédent est le calcul implicite du profil de gauchissement de la poutre au cours du calcul de structure. Les deux modèles développés sont comparés sur le comportement de poutres en torsion monotone, afin de quantifier l'impact de la méthode de calcul sur la précision des résultats et sur l'efficacité du calcul. Finalement, le modèle complet avec gauchissement est appliqué à la simulation sismique d'une structure. L'ensemble de ces cas-tests montre que l'enrichissement de la méthode par éléments finis multifibres est fonctionnel, avec des perspectives d'amélioration en ce qui concerne l'efficacité numérique notamment, et des perspectives intéressantes d'application.

International audience; In this paper, we present an original work for the examination of the stability of thin-walled beams with open section subject to arbitrary loads. It is based on a 3D nonlinear model where the equilibrium and material constitutive equations are established without any assumption on the torsion angle amplitude which leads to strong nonlinearity. In a recently published article [1], we compared this model without simplification to three others models with cubic, quadratic and linear simplifications. The efficiency of the model is confirmed from benchmark solutions. For this reason, we propose in this work to use this model without simplification in the presence of external forces. When these external forces are eccentric they make the nonlinear problem very difficult to solve because the tangent stiffness matrix depends on the load. In presence of arbitrary loads and large torsion context, the right hand side of the equilibrium equations is highly nonlinear and contributes to the tangent stiffness matrix. For this purpose, we use a continuation algorithm based on the Asymptotic Numerical Method ANM, recently published by the authors in [2]. The ANM is a computational tool for solving nonlinear equations numerically; this is achieved by associating the finite element method and a Taylor series expansions technique without any correction and iteration steps. By this way, we compute a large part of the branch by inverting only one stiffness matrix. The efficiency of the present extended model is tested on original applications of open sections thin-walled beams under arbitrary and eccentric loads. A comparison of the obtained results with those computed by Abaqus industrial code is presented

National audience; This paper presents new tools to improve a geoacoustic inversion scheme relying on the inversion of marine mammals vocalizations recorded on a single hydrophone. This method makes best use of the multipath propagation and time-frequency signature of vocal calls. The classical signal processing tools based on spectrogram limit both the range of the scheme and the signals panel that can be processed. In this paper, we introduce new tools based on temporal warping that allow high resolution paths separation. Each echo has to be transformed into a pure frequency. Therefore, they are warped according to the frequency law of the signal estimated according to the first echo. The warping tools enable a high resolution of each echo in the time-frequency warped domain. Applying the warping on a moving window, one can estimate the impulsive response (IR) of the channel and deduce the source location, grazing angle and transmission losses. Then, as warping operators conserve energy, the path levels can be estimated using the time-frequency warped representation. Through the processing of several signals, we get a curve of an estimation of the reflection coefficient that feeds the inversion algorithm. The theory of this extended method is described and its performances are evaluated on a controlled real data set in the Gulf of Lion. The range and the recording duration have been improved (range from 300 to 900 meters and duration multiplied by 2.5). With the new scheme, we have access to a set of geoacoustic parameters allowing to better describe the bottom features.; Cet article introduit de nouveaux outils pour le traitement de signal dans le cadre d’un schéma d’inversion géoacoustique passive s’appuyant sur des modulations de fréquence de mammifères marins captés sur un unique hydrophone. La méthode se base sur l’utilisation de la propagation multitrajet pour extraire l’information nécessaire à l’estimation du coefficient de réflexion du sédiment superficiel. Jusqu’à présent, l’utilisation d’outils de traitement du signal basés sur le spectrogramme limitait la portée et les signaux candidats à l’inversion, ceux-ci devant présenter des échos résolus dans le plan temps-fréquence au regard des outils mis en œuvre. Ce papier propose l’ajout d’une nouvelle étape de traitement basée sur des opérateurs de déformation temporelle (warping) permettant la séparation haute résolution des échos. Les échos sont transformés en composantes de fréquences pures par application d’un opérateur de déformation avec pour loi de déformation, la loi de fréquence instantanée du signal. En contexte passif, cette loi est estimée à partir du premier écho reçu. L’application de l’opérateur de déformation sur une fenêtre temporelle glissante permet d’obtenir la réponse impulsionnelle (RI) du canal. Celle-ci est ensuite utilisée pour estimer la position de la source, l’angle de rasance et les pertes de transmission. Le warping conservant l’énergie, le niveau de chaque écho peut être alors estimé sur le signal déformé sans devoir revenir dans l’espace temporel initial. A l’instar de la méthode d’inversion de base, le traitement d’une série d’émissions fournit une courbe estimée du coefficient de réflexion en fonction des angles de rasance. Cette courbe sert d’observable à l’algorithme d’inversion. Le résultat important de cette étude est que ces nouveaux outils permettent d’augmenter la portée et la diversité des signaux candidats à la méthode d’inversion. Les performances et la validité du schéma d’inversion étendu ont été évaluées sur données synthétiques puis confrontées avec succès aux émissions réelles dans le golfe du Lion sur lesquelles la méthode d’origine avait été précédemment évaluée. La portée a été triplée et la durée d’enregistrement utile multipliée par un facteur 2,5 grâce aux nouveaux outils. Avec ces nouveaux outils, nous avons accès à un ensemble de paramètres géoacoustiques permettant de mieux décrire les caractéristiques du fond marin.

The available classical beam elements (such as Euler-Bernoulli, Timoshenko, Vlassov…), are all based on some hypothesis, that have the effect of defining the kinematic of the beam. This is equivalent to reducing a model with an infinity of d.o.f., to a model with a finite d.o.f.. Thus, for arbitrary loadings, the beam will always deform according to the adopted kinematics. The objective of this thesis, is to completely overcome all the hypothesis behind the classical beam models, to develop a new higher order beam model, able to represent precisely the global and local deformations. This kind of element will also allow the derivation of the transversal bending of the beam, to capture the local effects due to anchor or prestressing cables, or to treat the shear lag phenomenon in large width spans. After a brief review of some classical beam theories, we will develop in the two first articles a new method to obtain a basis for the transverse deformation and warping modes. The method is based on an eigenvalue analysis of a mechanical model of the cross section, to obtain the transverse deformation modes basis, and an iterative equilibrium scheme, to obtain the warping modes basis. The kinematic being defined, the virtual work principle will be used to derive the equilibrium equations of the beam, then the stiffness matrix will be assembled from their analytical solution. In the third article, a new method is proposed for the derivation of a more appropriate kinematic, where the transverse deformation and warping modes are obtained in function of the external loadings. The method is based on the application of the asymptotic expansion method to the strong form of the equilibrium equations describing the beam equilibrium; Les éléments de poutres classiques (Euler-Bernoulli, Timoshenko, Vlassov…), sont tous basés sur certaines hypothèses simplificatrices, qui ont pour conséquence de fixer la forme de la cinématique de l'élément. Ceci revient à réduire un modèle ayant par définition une infinité de d.d.l., à un modèle avec un nombre fini de d.d.l.. Quel que soit donc le chargement auquel sera soumise la poutre, elle se déformera toujours selon la cinématique adoptée au départ. L'objectif de cette thèse est de s'affranchir des hypothèses inhérentes aux modèles de poutres classiques, pour développer un nouveau modèle de poutre enrichie, capable de représenter d'une manière précise les déformations globales aussi bien que locales. Ce type d'élément, permettra la représentation de la flexion transversale dans une poutre, de capturer des effets locaux, produits par exemple par un câble d'ancrage ou de précontrainte sur un tablier de pont, ou encore de traiter le traînage de cisaillement sur des poutres à grandes largeurs. Après un bref rappel de quelques théories de poutres classiques, on présentera dans les deux premiers articles, une nouvelle méthode pour la détermination de modes transversaux et de gauchissements, basée sur une analyse aux valeurs propres d'un modèle mécanique de la section pour l'obtention de la base des modes transversaux, et un procédé d'équilibre itératif pour la détermination de la base des modes de gauchissements. La cinématique ainsi définie, le PTV sera utilisé pour obtenir les équations d'équilibre de la poutre, pour ensuite en déduire la matrice de raideur à partir de leur solution analytique. Dans le troisième article, une nouvelle méthode est proposée pour l'obtention d'une cinématique plus appropriée, où les bases des modes transversaux et de gauchissements sont obtenues en fonction des chargements extérieurs. Cette méthode est basée sur l'application de la méthode des développements asymptotiques à la résolution des équations fortes décrivant l'équilibre d'une poutre

International audience; Clay minerals that swell when exposed to water play an important role in the deterioration of buildings and monuments, as well as in a number of civil engineering problems. A novel method for the in situ determination of the key properties governing these phenomena has been recently proposed by Scherer and Gonzalez [Geol. Soc. Am. Spec. Pap. 390 (2005) p.51]. A comprehensive relation between the experimental observations and the material properties could however not be established up to now. The present study develops an analytical model in which the interplay between geometrical factors and material properties, as well as initial and boundary conditions is accounted for. An extensive parametric study reveals that the discrepancies between the observations and the modelling approach by Scherer and Gonzalez is due to initial and boundary conditions on the one hand and the dispersion of the moisture front on the other hand. Based on the developed model, recommendations for performing in situ tests are formulated and conditions for the applicability of the more simplified modelling strategy by Scherer and Gonzalez are derived. A comparison with experimental data supports these conclusions.

International audience; The authors have developed a beam finite element model in large torsion context for thin-walled beams with arbitrary cross sections [1]. In the model, the trigonometric functions of the twist angle theta(x) (c = cos theta(x) - 1 and s = sin theta(x)) were included as additional variables in the whole model without any assumption. In the present paper, three other 3D finite element beams are derived according to three approximations based on truncated Taylor expansions of the functions c and s (cubic, quadratic and linear). A finite element approach of these approximations is carried out. Finally, it is worth mentioning that the promising results obtained in [1,2] encourage the authors to extend the formulation of the model in order to include load eccentricity effects. Solution of the non-linear equations is made possible by Asymptotic Numerical Method (ANM) [3]. This method is used as an alternative to the classical incremental iterative methods. Many comparison examples are considered. They concern the non-linear behaviour of beams under twist moment and the post buckling behaviour of struts under axial loads or the beam lateral buckling under eccentric bending loads. The obtained results highlight the discrepancies between the various approximations often employed in thin-walled beams literature for the geometrically non-linear analysis of beams in flexural-torsional behaviour.

International audience; We provide conditions under which 2D digital images, considered in the two most common digital topology models (namely, dual adjacency and well-composedness), preserve their topological properties under rigid transformation. This study, that is developed in a discrete framework, leads to the proposal of efficient preprocessing strategies that ensure the topological invariance of images under further rigid transformation. These results and methods are proved to be valid for various kinds of images (binary, grey-level, label), thus providing a generic set of tools, that can be used in particular in the context of image registration and warping.

This work was carried out within the framework of a collaboration between the LMA and Thales Alenia Space. We focus on the behaviour of flexible structures and more specifically of tape springs, whose particularity lies in their capacity to coil up or to form localized folds through the flattening of their cross-section. A first thesis led to the development of a new type of tape spring whose uncoiling is controlled thermically on one hand and of a planar rod model with a flexible thin-walled cross-section on the other hand. In this thesis, we offer an extended version of this model dedicated to the simulation of three-dimensional dynamic behavior of tape springs in large displacements and large rotations. This model is derived from shell theory and is based on the introduction of adapted kinematic and sthenic hypotheses. The deformation of the cross-section is characterized by that of its average line which can deform in its own plane by flexion and twisting but not by extension, as well as out of its plane through torsional warping. The large changes of the cross-section shape in its plane can then be described by an Elastica kinematics, whereas a Vlassov kinematics is used to define the warping in the local frame attached to the section. The unidimensionnal model is obtained by integration over the cross-section of the expressions of the shell theory, an energetic approach then allows to express the associated problem which is solved thanks to the finite element modeling software COMSOL.; Ce travail a pour cadre une collaboration entre le LMA et Thales Alenia Space. Nous nous intéressons au comportement des structures flexibles et plus particulièrement des mètres rubans qui ont la particularité de pouvoir, grâce à l'aplatissement de la section, s'enrouler ou développer des pliages localisés. Une première thèse a permis d'une part la mise au point d'un nouveau type de mètre ruban au déroulement maîtrisable thermiquement et d'autre part le développement d'un modèle plan de poutre à section flexible. Dans le travail de thèse présenté ici, nous proposons une version étendue de ce modèle adaptée à la simulation du comportement dynamique tridimensionnel des mètres rubans en grands déplacements et en grandes rotations. Ce modèle est dérivé de la théorie des coques et repose sur l'introduction d'hypothèses cinématiques et sthéniques adaptées. La déformation de la section est caractérisée par celle de sa ligne moyenne qui peut se déformer dans son plan par flexion et torsion mais non par extension, ainsi que hors de son plan par gauchissement de torsion. Les fortes variations de forme de la section dans son plan peuvent alors être décrites par une cinématique de type Elastica, tandis qu'une cinématique de type Vlassov est utilisée pour définir le gauchissement dans le repère local attaché à la section. Le modèle unidimensionnel est obtenu par intégration sur la section des expressions de la théorie des coques, une approche énergétique permet ensuite de formuler le problème associé qui est résolu grâce au logiciel de modélisation par éléments finis COMSOL.

National audience; En acoustique sous marine Ultra Basse Fréquence (UBF < 200 Hz), un environnement océanique petit fond (D < 200 m) se comporte comme un guide d'onde dispersif, dans lequel de nombreuses applications (inversion géoacoustique, localisation de source) considèrent la propagation de sources impulsionnelles (canons à air, explosions, baleines, ...). Comment obtenir une représentation temps-fréquence correcte des signaux correspondants? Ces signaux sont multicomposantes, chaque composante possède un retard de groupe non-linéaire et il n'existe pas de lien direct entre les différentes composantes. Cependant, le retard de groupe de chaque composante peut être approximé par une fonction puissance en f puissance (−1/Beta) , où "Beta"est l'invariant océanique (un scalaire qui résume la dispersion globale dans le guide d'onde). On peut alors définir une Beta-classe de représentations temps-fréquence adaptées au signal reçu. La méthode est appliquée avec succès sur des données réelles marines et permet une bonne représentation temps-fréquence des signaux considérés. Elle est robuste au bruit naturel de l'environnement marin, et à une erreur dans le choix de "Beta"

This work was carried out within the framework of a collaboration between the LMA and Thales Alenia Space. We focus on the behaviour of flexible structures and more specifically of tape springs, whose particularity lies in their capacity to coil up or to form localized folds through the flattening of their cross-section. A first thesis led to the development of a new type of tape spring whose uncoiling is controlled thermically on one hand and of a planar rod model with a flexible thin-walled cross-section on the other hand. In this thesis, we offer an extended version of this model dedicated to the simulation of three-dimensional dynamic behavior of tape springs in large displacements and large rotations. This model is derived from shell theory and is based on the introduction of adapted kinematic and sthenic hypotheses. The deformation of the cross-section is characterized by that of its average line which can deform in its own plane by flexion and twisting but not by extension, as well as out of its plane through torsional warping. The large changes of the cross-section shape in its plane can then be described by an Elastica kinematics, whereas a Vlassov kinematics is used to define the warping in the local frame attached to the section. The unidimensionnal model is obtained by integration over the cross-section of the expressions of the shell theory, an energetic approach then allows to express the associated problem which is solved thanks to the finite element modeling software COMSOL., Ce travail a pour cadre une collaboration entre le LMA et Thales Alenia Space. Nous nous intéressons au comportement des structures flexibles et plus particulièrement des mètres rubans qui ont la particularité de pouvoir, grâce à l'aplatissement de la section, s'enrouler ou développer des pliages localisés. Une première thèse a permis d'une part la mise au point d'un nouveau type de mètre ruban au déroulement maîtrisable thermiquement et d'autre part le développement d'un modèle plan de poutre à section flexible. Dans le travail de thèse présenté ici, nous proposons une version étendue de ce modèle adaptée à la simulation du comportement dynamique tridimensionnel des mètres rubans en grands déplacements et en grandes rotations. Ce modèle est dérivé de la théorie des coques et repose sur l'introduction d'hypothèses cinématiques et sthéniques adaptées. La déformation de la section est caractérisée par celle de sa ligne moyenne qui peut se déformer dans son plan par flexion et torsion mais non par extension, ainsi que hors de son plan par gauchissement de torsion. Les fortes variations de forme de la section dans son plan peuvent alors être décrites par une cinématique de type Elastica, tandis qu'une cinématique de type Vlassov est utilisée pour définir le gauchissement dans le repère local attaché à la section. Le modèle unidimensionnel est obtenu par intégration sur la section des expressions de la théorie des coques, une approche énergétique permet ensuite de formuler le problème associé qui est résolu grâce au logiciel de modélisation par éléments finis COMSOL.

L'ensemble des travaux présentés traite le cas des signaux issus des milieux naturels et/ou des milieux incertains, ce qui se traduit par des cas d'analyse complexes. Les solutions d'analyse ne peuvent demeurer que dans le vaste domaine de l'analyse des signaux non-stationnaire et c'est la raison pour laquelle trois grandes classes de méthodes constituent le point de départ : l'analyse temps-fréquence linéaire et bilinéaire, les transformations non-linéaires (les opérateurs warping) et les transformations d'ordre supérieur (modélisation polynomiale de phase). A partir de ces trois piliers, la construction des méthodes de caractérisation parcimonieuse des signaux à composantes temps-fréquence non-linéaires représente l'objectif de base de mes travaux. Ainsi, trois axes de recherche ont été investigués. Le premier axe a été constitué par le tracking des structures temps-fréquence arbitraires en utilisant le regroupement des atomes temps-fréquence par un algorithme de type Viterbi. Le deuxième axe a eu pour objectif la généralisation des opérateurs warping pour des modulations complexes, par forcement inversibles mathématiquement. Enfin, la définition des distributions à temps complexe a constitué le troisième axe. L'ensemble de ces axes a été continué en cherchant à mieux analyser les signaux à structures temps-fréquence non-linéaires. Ainsi, une contribution importante a été constituée par le filtrage temps-fréquence basé sur le warping généalisé qui permet l'extraction des structures temps-fréquence non-linéaires en utilisant des opérateurs de traitement mono-dimensionnels. Cette contribution nous a permis de définir la classe des méthodes de suivi temps-fréquence-phaseen utilisant également des techniques de modélisation polynomiale de phase ainsi que le principe du tracking par la méthode de Viterbi. Cette classe de méthode de suivi temps-fréquence a prouvé son caractère général ainsi que son efficacité dans des applications diverses.

L'ensemble des travaux présentés traite le cas des signaux issus des milieux naturels et/ou des milieux incertains, ce qui se traduit par des cas d'analyse complexes. Les solutions d'analyse ne peuvent demeurer que dans le vaste domaine de l'analyse des signaux non-stationnaire et c'est la raison pour laquelle trois grandes classes de méthodes constituent le point de départ : l'analyse temps-fréquence linéaire et bilinéaire, les transformations non-linéaires (les opérateurs warping) et les transformations d'ordre supérieur (modélisation polynomiale de phase). A partir de ces trois piliers, la construction des méthodes de caractérisation parcimonieuse des signaux à composantes temps-fréquence non-linéaires représente l'objectif de base de mes travaux. Ainsi, trois axes de recherche ont été investigués. Le premier axe a été constitué par le tracking des structures temps-fréquence arbitraires en utilisant le regroupement des atomes temps-fréquence par un algorithme de type Viterbi. Le deuxième axe a eu pour objectif la généralisation des opérateurs warping pour des modulations complexes, par forcement inversibles mathématiquement. Enfin, la définition des distributions à temps complexe a constitué le troisième axe. L'ensemble de ces axes a été continué en cherchant à mieux analyser les signaux à structures temps-fréquence non-linéaires. Ainsi, une contribution importante a été constituée par le filtrage temps-fréquence basé sur le warping généalisé qui permet l'extraction des structures temps-fréquence non-linéaires en utilisant des opérateurs de traitement mono-dimensionnels. Cette contribution nous a permis de définir la classe des méthodes de suivi temps-fréquence-phaseen utilisant également des techniques de modélisation polynomiale de phase ainsi que le principe du tracking par la méthode de Viterbi. Cette classe de méthode de suivi temps-fréquence a prouvé son caractère général ainsi que son efficacité dans des applications diverses.

In this paper we tackle the problem of comparing distributions of random variables and defining a mean pattern between a sample of random events. Using barycenters of measures in the Wasserstein space, we propose an iterative version as an estimation of the mean distribution. Moreover, when the distributions are a common measure warped by a centered random operator, then the barycenter enables to recover this distribution template.

We focus on the problem of finding a good representative of a sample of random curves warped from a common pattern $f$. We first prove that such an problem can be moved onto a manifold framework. Then, we propose an estimation of the common pattern $f$ based on an approximated geodesic distance on a suitable manifold. We then compare the proposed method to more classical methods.

We describe an algorithm for 3D interactive surface extraction by non-rigid implicit template deformation, with two main original features. First, our formulation incorporates user input as inside/outside labeled points to drive the deformation and improve both robustness and accuracy. This yields inequality constraints, solved using an Augmented Lagrangian approach. Secondly, a fast implementation of non-rigid deformation enables interactions with a live visual feedback of the deformation. We validate this technique in Contrasted Enhanced Ultrasound images of kidneys in preoperative radio-frequency ablation planning.

There are a lot of Ultra Low Frequency (ULF : 0-100Hz) acoustic sources in the ocean, either natural or man-made. ULF waves are good information carriers which can be used both for geoacoustic inversion and source localization. However, ULF propagation is dispersive. While dispersion transforms a broadband signal during propagation and makes it harder to study, it also allows to characterize the propagation medium and the source localization. This manuscript presents signal processing tools for dispersion characterization when a broadband signal is recorded on a single receiver in shallow water. By using warping transformations and timefrequency representation, it is possible to perform geoacoustic inversion using a single receiver and source localization with a sparse array of receivers. The developed methods can not be used for deep water propagation. To overcome it, dispersion is analyzed using waveguide invariant. It allows to localize a broadband source using an horizontal array of receiver. All methods presented in this manuscript have been benchmarked on simulation and experimental marine data. A special effort has been made to develop method usable in operational context, and several experiments in ultrasonic tank have been realized., Le milieu marin recèle de nombreuses sources acoustiques Ultra Basse Fréquence (UBF : 0-100Hz), qu'elles soient naturelles ou d'origine humaine. Les ondes UBF sont d'excellents porteurs d'information, aussi bien pour caractériser l'environnement que pour localiser des sources acoustiques. Cependant, la propagation des ondes UBF en milieu marin est dispersive, et cette dispersion est ambivalente. Elle déforme un signal large bande au cours de sa propagation, rendant son étude plus compliquée. En revanche, son analyse permet de remonter aux informations sur le canal de propagation et sur la localisation de la source. Cette étude propose des outils d'analyse de la dispersion UBF dans le cas défavorable d'une réception monocapteur en milieu petit fond. En caractérisant le signal reçu dans le domaine temps-fréquence grâce à des outils de warping, il est possible d'effectuer l'inversion géoacoustique sur un unique récepteur et la localisation de source sur un réseau parcimonieux d'hydrophones. Les méthodes proposées ne sont pas applicables aux environnements de type grand fond. Pour y remédier, une étude de la dispersion basée sur l'invariant océanique est alors proposée. Elle permet de réaliser la localisation de source en utilisant une antenne horizontale de récepteurs. Toutes les méthodes développées lors de cette étude ont été validées sur des simulations et des données expérimentales marines. Un effort particulier a été fourni pour proposer des méthodes applicables en contexte opérationnel, et plusieurs expériences en cuve ultrasonore ont été réalisées.

International audience; This article discusses the reconstruction methods for the inversion of the residual stresses in rods under the Navier-Bernoulli or the Vlassov (containing warping) kinematic conditions. The proposed framework permits us to express the residual stresses in terms of the Airy stress potential expressed as the solution of an ordinary differential equation. The particular case of the Navier-Bernoulli kinematics leads to a closed-form solution.; Cet article présente les méthodes de reconstruction des contraintes résiduelles dans des poutres en considérant des hypothèses cinématiques de type Navier-Bernoulli ou Vlassov (avec gauchissment). La technique proposée permet d'exprimer les contraintes résiduelles à partir d'une fonction d'Airy, solution d'une équation différentielle ordinaire. La cinématique de Navier-Bernoulli conduit à une solution explicite de ce problème. Version française abrégée La détermination des contraintes résiduelles dans les structures est un sujet de grande importance puisque leur présence affecte considérablement la résistance à la fatigue et à la rupture des pièces mécaniques. Deux classes de méthodes d'identification peuvent être utilisées : les méthodes non destructives (mesures par diffraction des rayons X, par ultrasons, etc.) et destructives (enlèvement de la matière, perçage de trou, etc.). Ces dernières provoquent un relâchement de contraintes (et de déformation) conduisant ainsi à un problème inverse de reconstruction de champ de contraintes initial à partir de mesures effectuées sur la frontière du solide. (A. Constantinescu), Abdelbacet.Oueslati@univ-lille1.fr (A. Oueslati). 1 Dans cet article, nous présentons les méthodes de reconstruction des contraintes résiduelles après enlèvement de la matière dans le cas des barres élancées de section rectangulaire. L'hypothèse principale adoptée est celle d'une relaxation purement élastique des contraintes après enlèvement successif de couches d'épaisseurs h. Cette hypothèse permet de ramener la résolution du problème de reconstruction à l'étude de trois problèmes élastiques distincts (voir Fig. 2) : le premier problème P1 est celui de l'équilibre de la poutre Ω libre de charges extérieures et contenant le champ de contraintes résiduelles inconnu σ. Pour le deuxième problème noté P2, le solide est constitué par la barre Ω h obtenue à partir de Ω après enlèvement d'une couche d'épaisseur h, c'est sur cette configuration que la mesures des contraintes par diffraction des rayons X est effectuée sur la face supérieure. Enfin, P3 est le problème élastique auxiliaire traduisant l'équlibre de la barre Ω h , soumise aux tractions surfaciques (−σ · e z) sur sa face supé-rieure (σ étant le champ de contraintes résiduelles à identifier). L'application du principe de superposition à ces trois problèmes conduit à la relation (3). Il est impératif de noter que le problème de reconstruction possède une solution explicite si le système (2) et (3), ainsi que le problème auxiliaire ont des solutions explicites. Rappelons que pour le cas d'un demi-espace élastique, la solution du problème auxiliare P3 est fournie d'une manière explicite par la solution de Boussinesq-Cerutti et le système (2) est résolu après application de la transformée de Fourrier [2]. Pour le cas des barres de dimensions finies, une solution explicite analogue à celle de Boussinesq-Cerutti est difficille à établir. L'idée est de résoudre le problème auxiliaire dans le cadre de la théorie des poutres de Navier-Bernoulli puis celle de Vlasov et d'introduire le potentiel de contraintes d'Airy (13) pour résoudre les Éqs. (2) et (3). Des formules intégrales explicites (16) pour la reconstruction de champ de contraintes résiduelles sont obtenues pour la cinématique de Navier-Bernoulli. Elles constituent une généralisation des formules de Morre et Avans [3] établies pour les barres (plaques) de longueurs infinies.

International audience; An analytical model is developed to study the coupling effects in cordrubber composite materials. The analytical model takes into account the mismatch of stiffness between the cords and the rubber matrix material, and the twist-extension coupling. The transverse deformation, i.e., normal to the cords direction is based on the normal modes of a special system which describes the orthotropic and the coupling behaviour of cord-rubber composites. The equations of motion for the cord-composite plates are derived using the principle of virtual work. Results of deformation and stresses are obtained for some typical cord-rubber composite plates and are compared to the existing solutions. The results presented illustrate that the coupling effects are significant for nonsymmetrical cord orientations.

A non-uniform warping beam theory including the effects of torsion and shear forces is presented. The theory is based on a displacement model using three warping parameters associated to the three St Venant warping functions corresponding to torsion and shear forces. The additional effects due to the non-uniformity of the warping are highlighted by comparison with St Venant beam theory. The closed form results obtained for the stresses show the contribution of each internal forces, and the effect of the non-symmetry of the cross-section on the structural behavior of the beam is specified. The theory is applied to analyze torsion and shear-bending of cantilever beams made of different kind of cross-sections., Une théorie de gauchissement non uniforme prenant en compte les effets de la torsion et des efforts tranchants est présentée. Cette théorie de poutre est basée sur un modéle cinématique utilisant trois paramètres de gauchissement associés aux trois fonctions de gauchissement de torsion et d'efforts tranchants de St Venant. La comparaison aux résultats de St-Venant permet aussitôt de dégager les effets induits par la non-uniformité du gauchissement. En particulier, cette théorie permet de préciser la contribution de chacun des efforts intérieurs et l'effet de la non-symétrie de la section sur le comportement mécanique de la poutre. Les applications présentées traitent de la torsion ou de la flexion-simple de poutre consoles; elles sont effectuées pour différents types de section.

A theoretical model for thin-walled beams with open section is investigated in large torsion. This model is extended to finite element method where beam elements with 14 degrees of freedom are considered. Equilibrium equations are non linear and highly coupled. Iterative methods are used in solution procedure. Some applications are reported. They concern torsion response and post buckling behaviour of columns under compressive loads or beams in lateral-buckling behaviour., RESUME. Un modèle théorique de calcul des poutres à parois minces et à sections ouvertes est développé dans le cas des grandes torsions. Dans le modèle numérique, des éléments poutres 3D à 14 degrés de liberté sont considérés. Au niveau théorique et numérique aucune approximation n'est faite sur l'amplitude de l'angle torsion. Les équations d'équilibre sont non linéaires et toutes couplées en présence de la torsion. Les méthodes itératives sont utilisées dans la solution. Les applications données concernent le comportement non linéaire en torsion et le comportement post-critique sous charges axiales (flambement) ou transversales (déversement).

Rapporteurs : Marie-José Aldon (CR, LIRMM, Montpellier) et Gérard Favier (DR, I3S, Sophia-Antipolis) Autres membres du jury : Frédéric Bouchara (MCF, Université du Sud Toulon-Var), Gilles Enea (Professeur, Université du Sud Toulon-Var), Vincent Rigaud (Directeur département, Ifremer), Claude Jauffret (Professeur, Université du Sud Toulon-Var) Invités : Camille Bechaz (ingénieur, ACSA Underwater Systems) et Maria-Jao Rendas (CR, I3S, Sophia-Antipolis); In the underwater environment, an image mosaic allows to obtain a panoramic view of a site of interest. The image sequence, used to create such mosaic, is acquired by a moving vehicle. The vehicle trajectory is estimated by a simple speed vector integration. As a consequence, a drift appears. This is directly palpable on the mosaic, especially when the vehicle crosses its own trajectory (at "rendezvous" times). This work consists in estimating as precisely as possible, the trajectory from angle and speed measurements and an image sequence, by taking into account the rendezvous times. First, the couples of rendezvous times are estimated, then they are introduced in the vehicle localization algorithm. Second, the mosaic is created from these estimated positions. The proposed methodology could allow to obtain a more accurate cartography, provided the motion parameter variances are available. In this case, a fusion between the estimated trajectory and the optical trajectory (obtained by the image sequence motion only) is feasible. Otherwise, the visual map is finally enhanced by image warping methods.; En milieu sous-marin, les mosaïques d'images collectées par un véhicule en déplacement permettent d'obtenir des cartes visuelles d'une zone d'intérêt. La trajectoire estimée du véhicule par simple intégration des vecteurs vitesse présente une dérive qui se répercute dans la mosaïque (en particulier lorsque le véhicule recoupe sa propre trajectoire). Le travail de cette thèse a consisté à estimer de la façon la plus précise la trajectoire du véhicule à partir de mesures de cap et de vitesse et d'une séquence d'images, en tenant compte des lieux de recoupement (ou points de rendez-vous). Nous estimons dans un premier temps ces couples d'instants par appariement d'images, puis les introduisons dans l'algorithme de localisation du véhicule. Dans un deuxième temps, la mosaïque est reconstruite. La méthodologie proposée ici devrait permettre de peaufiner encore la cartographie dans la mesure où les variances des paramètres de mouvement estimés par les images seules sont disponibles. Dans ce cas, une fusion des deux trajectoires est réalisable. Si ce n'est pas le cas, la cartographie visuelle est finalement améliorée au moyen de techniques de déformation d'images.

http://www.inria.fr/rrrt/rr-5447.html; This report shows how to use IBR methods to make possible the rendering of complex scenes on a mobile terminal, such as a PDA, while using a client/ server architecture. The PDA represents the client of a server which computes a very small set of key images (to avoid latency time that would affect interactivity) of a complex 3D scene and transmits them on demand to the client across a low bandwidth network. The client utilizes these images to use a warping technique to compute new images as seen by intermediate cameras (using an IBR technique) whose positions and directions are chosen interactively by the user by moving the stylus of a PDA. The most difficult problem is how to place the cameras (capturing the key images) which allow an efficient warping avoiding artifacts, such as holes, due to occlusions and exposures. Providing a general solution to the problem of camera placement is a hard task. In this report we address only the case of urban scenes.

In the underwater environment, an image mosaic allows to obtain a panoramic view of a site of interest. The image sequence, used to create such mosaic, is acquired by a moving vehicle. The vehicle trajectory is estimated by a simple speed vector integration. As a consequence, a drift appears. This is directly palpable on the mosaic, especially when the vehicle crosses its own trajectory (at "rendezvous" times). This work consists in estimating as precisely as possible, the trajectory from angle and speed measurements and an image sequence, by taking into account the rendezvous times. First, the couples of rendezvous times are estimated, then they are introduced in the vehicle localization algorithm. Second, the mosaic is created from these estimated positions. The proposed methodology could allow to obtain a more accurate cartography, provided the motion parameter variances are available. In this case, a fusion between the estimated trajectory and the optical trajectory (obtained by the image sequence motion only) is feasible. Otherwise, the visual map is finally enhanced by image warping methods., En milieu sous-marin, les mosaïques d'images collectées par un véhicule en déplacement permettent d'obtenir des cartes visuelles d'une zone d'intérêt. La trajectoire estimée du véhicule par simple intégration des vecteurs vitesse présente une dérive qui se répercute dans la mosaïque (en particulier lorsque le véhicule recoupe sa propre trajectoire). Le travail de cette thèse a consisté à estimer de la façon la plus précise la trajectoire du véhicule à partir de mesures de cap et de vitesse et d'une séquence d'images, en tenant compte des lieux de recoupement (ou points de rendez-vous). Nous estimons dans un premier temps ces couples d'instants par appariement d'images, puis les introduisons dans l'algorithme de localisation du véhicule. Dans un deuxième temps, la mosaïque est reconstruite. La méthodologie proposée ici devrait permettre de peaufiner encore la cartographie dans la mesure où les variances des paramètres de mouvement estimés par les images seules sont disponibles. Dans ce cas, une fusion des deux trajectoires est réalisable. Si ce n'est pas le cas, la cartographie visuelle est finalement améliorée au moyen de techniques de déformation d'images.

The purpose of this work is to investigate solutions for an enhanced multifibre beam element accounting for non-linear shear and torsion. Higher order interpolations functions are used to avoid any shear locking phenomena and the cross section warping kinematics are extended to non-linear behavior using advanced constitutive laws. The efficiency of the proposed modeling strategies is tested with experimental results of reinforced concrete structural elements subjected to severe loading.

International audience; This paper studies classes of nonstationary processes, such as warped processes and frequency-modulated processes, that result from the deformation of stationary processes. Estimating deformations can often provide important information about an underlying physical phenomenon. A computational harmonic analysis viewpoint shows that the deformed autocovariance satisfies a transport equation at small scales, with a velocity proportional to a deformation gradient. We derive an estimator of the deformation from a single realization of the deformed process, with a proof of consistency under appropriate assumptions.

Single photon emission computed tomography (SPECT) imaging with Thallium 201 or Technetium 99 is used to assess the location or the extent of myocardial infarction or ischemia. A method is proposed to decrease the effect of operator variability and morphologically blind sampling in the quantification of scintigraphic myocardial perfusion studies. To this effect the patient's myocardial images (target cases) are registered automatically over a template image, utilizing non-rigid transformations. The intermediate steps are: 1.~Extraction of feature points in both stress and rest 3D images. We resample the images in a polar geometry to detect edges and we use a priori constraints to filter the points. Those feature points are assumed to be edges of the left ventricle. 2.~Registration of stress and rest images with an affine transformation. The matching method is an adaptation of the Iterative Closest Point algorithm. 3.~Alignment of both stress and rest images on a template using a non-rigid local spline transformation. The matching method is the one used in step 2. 4.~Resampling of both stress and rest images in the geometry of the template. Experiments have been lead on a database including 40 pairs of images selected to obtain a group of image abnormalities and variability. Upon the successful clinical validation of this work, a reliable, operator independent method for the analysis and interpretation of myocardial perfusion scintigraphies will be available.

This paper describes a method to automatically generate the mapping between a completely labeled reference image and the 3D medical image of a patient. To achieve this, we combined three techniques: the extraction of 3D feature lines, their matching using 3D deformable line models, the extension of the deformation to the whole image space using warping techniques. We present experimental results for the segmentation of structures in Magnetic Resonance images of the brain of different patients; the segmentation of the cortical and ventricle structures. We emphasize the advantages of using crest lines deformable models prior to surface based models. This gives a sparser representation of the data, easier to manipulate, and which makes the convergence of the model much less sensitive to initial positionning. In the future, we hope to use this method to generate anatomical atlases, by the automatic interpretation of large sets of 3D medical images.