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The research work addresses robust, consistent, and effective identification of material parameters from full-field measurements obtained from the advanced Digital Image Correlation (DIC) experimental techniques. In this framework, numerical simulation plays a major role as FE computations are performed in parallel to the acquisition of experimental data in order to conduct the identification process.The goal of the PhD is to study and optimize the identification procedure by defining a suitable numerical architecture in terms of mathematical model and discretization mesh selection, with respect to information and noise contained in the experimental data. This aims at computing right with right cost. The idea isto link the various error sources which occur in the process: 1) experimental noise related to the resolution of the images; 2) modeling error coming from the selection of a physics-based model which remains an imperfect representation of the real world; 3) numerical (discretization) error due to the use of meshes to perform numerical simulations. We thus wish to design consistent models and meshes with computational cost and accuracy governed by available experimental information, with similar error levels. For this purpose, we propose a methodology based on duality analysis, coming from developments of the lab for many years, and valid for a large range of linear and nonlinear models. The obtained identification tool, based on reliability of information, is constructed from a hybrid mathematical formulation with a cost functional made of modeling and observation terms. We show that it enables to define specific error indicators and to set up a suitable adaptive procedure in order to correct bias in the numerical modeling and make it consistent with features of full-field measurements. A main aspect of the procedure is the computation of admissible fields verifying reliable information. The proposed approach is first validated on linear elasticity models before being applied on more complex nonlinear material models in order to perform model selection and adaptation. In addition, the approach is computationally enhanced by the complementary use of advanced numerical methods such as reduced order modeling, specific nonlinear solvers, or multiscale analysis.; Le travail de recherche a pour ambition l’identification robuste, cohérente, et efficace de paramètres matériaux à partir de mesures de champs obtenues par les techniques expérimentales avancées basées sur la corrélation d’image numérique (CIN). Dans ce contexte, la simulation numérique joue un rôle majeur car des calculs éléments finis sont effectués en parallèle de l’acquisition des données expérimentales afin de mener la procédure d’identification. L’objectif de la thèse est d’étudier et d’optimiser cette procédure en définissant une architecture numérique dédiée en terme de choix de modèle mathématique et du maillage, en fonction de l’information et du bruit contenus dans les données expérimentales. Ce choix vise à calculer juste au juste coût. L’idée est de relier les diverses sourcesd’erreur présentes dans la procédure d’identification: 1) bruit de mesure lié à la résolution des images; 2) erreur de modèle venant de la sélection d’un modèle basé sur la physique qui reste une représentation imparfaite de la réalité; 3) erreur de discrétisation due à l’utilisation de maillages générant des approximations numériques. On cherche donc à définir des modèles et des maillages dont le coût numérique et la précision sont gouvernés par l’information expérimentale disponible, avec des niveaux d’erreur similaires. Pour cela, on propose une méthodologie baséesur l’analyse duale, issue de développements du laboratoire depuis de nombreuses années, et valide pour une large gamme de modèles linéaires ou nonlinéaires. L’outil d’identification obtenu, basé sur la fiabilité de l’information, est construit à partir d’une formulation mathématique hybride avec une fonction coût composée de termes liés au modèle ou aux observations. On montre qu’il permet de définir des indicateurs d’erreur spécifiques et de mettre en place une procédure adaptative afin de corriger les biais de la modélisation numérique et la rendre cohérente avec les caractéristiques des mesures de champs. Un aspect majeur de la procédure est le calcul de champs admissibles vérifiant l’information pertinente. L’approche proposée est dans un premier temps validée sur des modèles d’élasticité linéaire avant d’être appliquée avec des comportements matériau non-linéaires afin de mener le processus de sélection et d’adaptation de modèle. De plus, l’approche est rendue plus efficace par l’utilisation complémentaire de méthodes numériques avancées telles que la réduction de modèle, des solveurs non-linéaires spécifiques, ou l’analyse multi-échelle.

In this work, a methodology to determine the macroscopic elasticity constants of thin films was proposed. Different analytical models were developed to determine the macroscopic elasticity constants of multilayer coatings using the Impulse Excitation Technique (IET). The proposed methodology was used to determine the macroscopic elasticity constants of titanium and niobium multilayer coatings and titanium anisotropic thin films sputter-deposited at oblique incidence. An enhanced formulation to determine the elasticity constants of anisotropic thin film was developed. The elastic behavior of anisotropic thin films was investigated theoretically by different analytical models, and experimentally by several complementary techniques, namely X-ray diffraction, nanoindentation and IET. The elastic behavior of anisotropic films deposited at oblique incidence represents an aspect that is not well known in the literature. The anisotropy can be attributed to the crystallographic and morphological textures of the grains. The macroscopic elasticity constants of titanium anisotropic films were also determined using the Kröner-Eshelby micromechanical model. The porosity within the film, and the morphological and crystallographic textures of the Tiα phase were taken into account in the modeling for a proper analysis of the elastic behavior of the film.; L’objectif de ce travail est de développer une méthodologie qui permet de déterminer les constantes d’élasticité d’un dépôt à une échelle macroscopique. Différents modèles analytiques ont été développés pour déterminer les constantes d’élasticité d’un revêtement multicouches à l’aide de la Technique d’Excitation Impulsionnelle (TEI). La méthodologie que nous avions développée a permis de déterminer les constantes d’élasticité macroscopiques d’un revêtement multicouches de titane et niobium et des couches minces de titane déposées à incidence oblique par pulvérisation cathodique magnétron. Une formulation améliorée pour déterminer les constantes d'élasticité d’un revêtement anisotrope a été développée. Le comportement élastique des couches anisotropes a été étudié théoriquement par différents modèles analytiques et expérimentalement à l’aide de la diffraction des rayons X, la nanoindentation et la TEI. Le comportement élastique des couches anisotropes déposées à incidence oblique s’agit d’un aspect qui n’est pas bien connu dans la littérature. L'anisotropie peut être attribuée à la texture cristalline et la morphologie des grains. Les constantes d'élasticité macroscopiques des couches anisotropes de titane ont également été déterminées à l'aide du modèle micromécanique de Kröner-Eshelby. La porosité au sein de la couche, et les textures morphologiques et cristallographiques de la phase Tiα ont été prises en compte dans la modélisation pour une analyse exacte du comportement élastique de la couche.

The 2015–2016 El Niño event ranks as one of the most severe on record in terms of the magnitude and extent of sea surface temperature (SST) anomalies generated in the tropical Pacific Ocean. Corresponding global impacts on the climate were expected to rival, or even surpass, those of the 1997–1998 severe El Niño event, which had SST anomalies that were similar in size. However, the 2015–2016 event failed to meet expectations for hydrologic change in many areas, including those expected to receive well above normal precipitation. To better understand how climate anomalies during an El Niño event impact soil moisture, we investigate changes in soil moisture in the humid tropics (between ±25∘) during the three most recent super El Niño events of 1982–1983, 1997–1998 and 2015–2016, using data from the Global Land Data Assimilation System (GLDAS). First, we use in situ soil moisture observations obtained from 16 sites across five continents to validate and bias-correct estimates from GLDAS (r2=0.54). Next, we apply a k-means cluster analysis to the soil moisture estimates during the El Niño mature phase, resulting in four groups of clustered data. The strongest and most consistent decreases in soil moisture occur in the Amazon basin and maritime southeastern Asia, while the most consistent increases occur over eastern Africa. In addition, we compare changes in soil moisture to both precipitation and evapotranspiration, which showed a lack of agreement in the direction of change between these variables and soil moisture most prominently in the southern Amazon basin, the Sahel and mainland southeastern Asia. Our results can be used to improve estimates of spatiotemporal differences in El Niño impacts on soil moisture in tropical hydrology and ecosystem models at multiple scales.

One of the priority objectives of the aeronautics industry is to reduce the mass of structures while improving their performances. This involves the use of composite materials and the increasing use of digital simulation to optimize structures.The major challenge of this project is to be able to accurately calculate the local variations of the microstructure - for instance detected by tomography and directly modelled from tomogram - on the behavior of an architectured material part. In order to take into account the whole structure and its load effects, a multi-scale approach seems to be a natural choice. Indeed, the related models to the part and its microstructure might use different formalisms according to each scale.In this context, a coupling formulation was proposed in order to replace, in a non-intrusive way, a part of a homogenized macroscopic finite-element model by a local one described at a microscopic level. It is based on a micro-macro separation of interface quantities in the coupling area between the two models. To simplify its use in design offices, a non-intrusive iterative resolution procedure has also been proposed. It allows the implementation of the proposed coupling method in an industrial software environment that often uses closed commercial finite element codes. Different mechanical problems under linear elasticity assumption are proposed. The proposed method is systematically compared with other coupling methods of the literature and the quality of the solutions is quantified compared to a reference one obtained by direct numerical simulation at a fine scale.The main results are promising as they show, for representatives test cases under linear elasticity assumption in two and three-dimensions, solutions that are consistent with first- and second-order homogenization theories. The solutions obtained with the proposed method are systematically the best approximations of the reference solution whereas the methods of the literature are less accurate and shown to be unsuitable to couple non-compatible models.Finally, there are many perspectives due to the different alternatives of the method which could become, in an industrial context, a real analytic tool that aims to introduce a local model described at a fine scale, into a homogenized macroscopic global one.; Un des objectifs prioritaires des industries aéronautiques est la réduction de la masse des structures, tout en permettant l'amélioration de leurs performances. Ceci passe notamment par l'utilisation de matériaux composites et le recours croissant à la simulation numérique, permettant la minimisation du nombre d'essais physiques et l'optimisation des structures.L'enjeu de ces travaux est de pouvoir calculer précisément, sur des matériaux architecturés, l'influence de la microstructure, modélisée par exemple directement par tomographie, sur la tenue de pièces complètes. Pour prendre en compte à la fois l'ensemble de la pièce et les effets de son chargement, une approche global/local multiéchelle semble adaptée tant du point de vue des méthodes de calcul que des modèles matériaux utilisés.Pour répondre à cette problématique, une méthode de couplage entre des modèles qui décrivent une même structure, mais à des échelles différentes, a été développée. Elle repose sur une séparation micro-macro des quantités d’interface, dans la zone de raccord surfacique entre les deux modèles. Pour faciliter son utilisation dans les bureaux d’étude, une technique de résolution itérative non-intrusive est également présentée. Elle permet de mettre en œuvre la méthode de couplage proposée dans un environnement logiciel industriel qui utilise bien souvent des codes éléments finis commerciaux fermés. La méthode est systématiquement comparée à d'autres méthodes de couplage de la littérature et la qualité des solutions est quantifiée par comparaison à une solution de référence obtenue par un calcul direct à l'échelle fine.Les principaux résultats sont encourageants dans la mesure où ils montrent, dans des cas d'étude représentatifs bidimensionnels et tridimensionnels, sous des hypothèses d’élasticité linéaire, des solutions cohérentes avec les théories de l’homogénéisation au premier et second ordre. De fait, les solutions obtenues sont systématiquement de meilleure qualité avec la méthode proposée qu'avec les méthodes de la littérature, non-adaptées à des cas de couplage pour modèles non-compatibles.Finalement, les perspectives sont multiples en raison des différentes alternatives de la méthode qui, dans un contexte industriel, pourrait offrir un véritable outil d'analyse visant à introduire un modèle local décrit à l'échelle fine dans un modèle global macroscopique homogénéisé.

One of the priority objectives of the aeronautics industry is to reduce the mass of structures while improving their performances. This involves the use of composite materials and the increasing use of digital simulation to optimize structures.The major challenge of this project is to be able to accurately calculate the local variations of the microstructure - for instance detected by tomography and directly modelled from tomogram - on the behavior of an architectured material part. In order to take into account the whole structure and its load effects, a multi-scale approach seems to be a natural choice. Indeed, the related models to the part and its microstructure might use different formalisms according to each scale.In this context, a coupling formulation was proposed in order to replace, in a non-intrusive way, a part of a homogenized macroscopic finite-element model by a local one described at a microscopic level. It is based on a micro-macro separation of interface quantities in the coupling area between the two models. To simplify its use in design offices, a non-intrusive iterative resolution procedure has also been proposed. It allows the implementation of the proposed coupling method in an industrial software environment that often uses closed commercial finite element codes. Different mechanical problems under linear elasticity assumption are proposed. The proposed method is systematically compared with other coupling methods of the literature and the quality of the solutions is quantified compared to a reference one obtained by direct numerical simulation at a fine scale.The main results are promising as they show, for representatives test cases under linear elasticity assumption in two and three-dimensions, solutions that are consistent with first- and second-order homogenization theories. The solutions obtained with the proposed method are systematically the best approximations of the reference solution whereas the methods of the literature are less accurate and shown to be unsuitable to couple non-compatible models.Finally, there are many perspectives due to the different alternatives of the method which could become, in an industrial context, a real analytic tool that aims to introduce a local model described at a fine scale, into a homogenized macroscopic global one.; Un des objectifs prioritaires des industries aéronautiques est la réduction de la masse des structures, tout en permettant l'amélioration de leurs performances. Ceci passe notamment par l'utilisation de matériaux composites et le recours croissant à la simulation numérique, permettant la minimisation du nombre d'essais physiques et l'optimisation des structures.L'enjeu de ces travaux est de pouvoir calculer précisément, sur des matériaux architecturés, l'influence de la microstructure, modélisée par exemple directement par tomographie, sur la tenue de pièces complètes. Pour prendre en compte à la fois l'ensemble de la pièce et les effets de son chargement, une approche global/local multiéchelle semble adaptée tant du point de vue des méthodes de calcul que des modèles matériaux utilisés.Pour répondre à cette problématique, une méthode de couplage entre des modèles qui décrivent une même structure, mais à des échelles différentes, a été développée. Elle repose sur une séparation micro-macro des quantités d’interface, dans la zone de raccord surfacique entre les deux modèles. Pour faciliter son utilisation dans les bureaux d’étude, une technique de résolution itérative non-intrusive est également présentée. Elle permet de mettre en œuvre la méthode de couplage proposée dans un environnement logiciel industriel qui utilise bien souvent des codes éléments finis commerciaux fermés. La méthode est systématiquement comparée à d'autres méthodes de couplage de la littérature et la qualité des solutions est quantifiée par comparaison à une solution de référence obtenue par un calcul direct à l'échelle fine.Les principaux résultats sont encourageants dans la mesure où ils montrent, dans des cas d'étude représentatifs bidimensionnels et tridimensionnels, sous des hypothèses d’élasticité linéaire, des solutions cohérentes avec les théories de l’homogénéisation au premier et second ordre. De fait, les solutions obtenues sont systématiquement de meilleure qualité avec la méthode proposée qu'avec les méthodes de la littérature, non-adaptées à des cas de couplage pour modèles non-compatibles.Finalement, les perspectives sont multiples en raison des différentes alternatives de la méthode qui, dans un contexte industriel, pourrait offrir un véritable outil d'analyse visant à introduire un modèle local décrit à l'échelle fine dans un modèle global macroscopique homogénéisé.

Background and aimsCarbon allocation in plants is usually represented at a specific spatial scale, peculiar to each model. This makes the results obtained by different models, and the impact of their scale of representation, difficult to compare. In this work we developed a Multi Scale Carbon Allocation model (MuSCA) that can be applied at different, user-defined, topological scales of a plant, and used to assess the impact of each spatial scale on simulated results and computation time.MethodsModel multi-scale consistency and behavior were tested by applications on three realistic apple tree structures. Carbon allocation was computed at five spatial scales, spanning from the metamer (the finest scale, used as a reference) up to 1st order branches, and for different values of a sap friction coefficient. Fruit dry mass increments were compared across spatial scales and with field data.Key ResultsThe model showed physiological coherence in representing competition for carbon assimilates. Results from intermediate values of the friction parameter best fitted the field data. For these, fruit growth simulated at the metamer scale (considered as a reference) differed from about 1% at growth unit scale up to 35% at first order branch scale. Generally, the coarser the spatial scale the more fruit growth diverged from the reference and the lower the obtained within-tree fruit growth variability. Coherence in the carbon allocated across scales was also differently impacted, depending on the tree structure considered. Decreasing the topological resolution reduced computation time up to four orders of magnitude.ConclusionsMuSCA revealed that the topological scale has a major influence on the simulation of carbon allocation, suggesting that this factor should be carefully evaluated when using different carbon allocation models or comparing their results. Trades-off between computation time and prediction accuracy can be evaluated by changing topological scales.

In this thesis work, we are interested in simulating the evolution of the microstructure of a polymer. In particular, we have studied in the morphology change of polyethylene terephthalate (PET) under different mechanisms. These simulations carried out by the phase field simulation. This method based on the Cahn-Hilliard equation or the Ginzburg-Landau equation. It uses an order parameter to describe the state of material, thermodynamic and kinetic variables. Thus we can describe the microstructure evolution without tracking the interface (which would require complex remeshing) and reproduce the evolution of the crystalline structure within the polymers, for example the growth of spherulites which appear during crystallization induced by temperature. Within the scope the morphology changing by the temperature, the evolution of phase field simulation is performed by the finite difference method and the finite element method. The kinetic coefficient is adjusted in order to fit the experiment data in of the literature. We introduce the multiphase field model (the MPF model) in order to simulate the evolution of several spherulites and to describe the junction of spherulites. The growth and junction of spherulites have been modeled by the finite element method and nicely reproduced in comparing the experimental evolution of isothermal crystallization of a polymer. Comparing these results with the Avrami macroscopic model, an evaluation of the Avrami constant, K (T), was discussed according to the fluctuations of the initial conditions (positions and size of the germs).In the following part, we study the crystallization induced by mechanical deformation. We are interested in the viscoelastic model to simulate the induced crystallization of PET in plane stress. The phase field model coupled to mechanics will be presented. Different viscoelastic behaviors have been considered for each phase. The influence on crystallization and orientation of the deformation, the stress velocity and the contrast between the phases are studied and compared qualitatively with the experimental observations. This is a preliminary study that will have to be continued in order to predict a more realistic morphology, Dans ce travail de thèse, nous nous sommes intéressés à la simulation de l’évolution de la microstructure d’un polymère. Plus précisément, nous avons étudié le changement de la morphologie du polyéthylène téréphthalate (PET) sous l’effet de différents mécanismes. Ces simulations sont réalisées par la méthode des champs de phase. Il s’agit d’une méthode basée sur l’équation de Cahn-Hilliard ou l’équation de Ginzburg-Landau. Elle utilise un paramètre d’ordre pour décrire l’état du matériau, des variables thermodynamiques et cinématiques. Ainsi on peut décrire l’évolution d’une microstructure sans suivre l’interface et ainsi reproduire l’évolution de la structure cristalline sphérolitique qui apparait lors d’une cristallisation induite par la température. Dans le cadre d’un changement de morphologie induit par la température, le calcul par champ de phase a été simulé par la méthode de différences finies et la méthode d’éléments finis. Le coefficient cinétique a été identifié à partir de données expérimentales de la littérature. En introduisant un modèle du champ de phases multiples (the MPF model) on a aussi simulé l’évolution de plusieurs sphérolites et gérer la jonction lorsque deux sphérolites se rencontrent. La croissance et la jonction des sphérolite a été modélisée par la méthode d’éléments finis : elle reproduit parfaitement l’évolution expérimentale de cristallisation isotherme d’un polymère. En comparant ces résultats avec le modèle macroscopique d’Avrami, une évaluation de la constante d'Avrami, K(T), a été discutée en fonction des fluctuations des conditions initiales (positions et taille des germes).Dans le cadre de la cristallisation induite par la déformation mécanique, nous avons couplé le champ de phase aux équations de la mécanique pour un comportement viscoélastique différent pour chaque phase. L’influence, sur la cristallisation et l’orientation, de la déformation, de la vitesse de sollicitation, du contraste entre les phases sont étudiées et comparées qualitativement aux observations expérimentales. Il s’agit d’une étude préliminaire qui devra être poursuivie et affinée afin de prédire une morphologie plus réaliste

International audience; An index-based insurance solution was developed to estimate and monitor near real-time forage production using the indicator Forage Production Index (FPI) as a surrogate of the grassland production. The FPI corresponds to the integral of the fraction of green vegetation cover derived from moderate spatial resolution time series images and was calculated at the 6 km x 6 km scale. An upscaled approach based on direct validation was used that compared FPI with field-collected biomass data and high spatial resolution (HR) time series images. The experimental site was located in the Lot and Aveyron departments of southwestern France. Data collected included biomass ground measurements from grassland plots at 28 farms for the years 2012, 2013 and 2014 and HR images covering the Lot department in 2013 (n = 26) and 2014 (n = 22). Direct comparison with ground-measured yield led to good accuracy (R-2 = 0.71 and RMSE = 14.5%). With indirect comparison, the relationship was still strong (R-2 ranging from 0.78 to 0.93) and informative. These results highlight the effect of disaggregation, the grassland sampling rate, and irregularity of image acquisition in the HR time series. In advance of Sentinel-2, this study provides valuable information on the strengths and weaknesses of a potential index-based insurance product from HR time series images.

Thin films deposited by magnetron sputtering are generally polycristalline, textured and composed of different phases. Several works have shown that the elastic behavior of thin films depends on the deposition parameters. In this work a methodology to determine the macroscopic and mesoscopic elasticity constants of thin films was developed. It was used to determine the macroscopic elasticity constants of a two-phases (Wα+Wβ) tungsten coating and the mesoscopic (crystal scale) elasticity constants of the Wβ phase. The main motivation on studying the metastable Wβ tungsten phase is the absence of information on its elastic behavior in the literature. The macroscopic elasticity constants were measured using the Impulse Excitation Technique (IET). A metrological study of this method was performed and a new formulation to determine the shear modulus was proposed. The mesoscopic elasticity constants of the Wβ phase were determined through an inverse method coupling IET, X-ray diffraction and the Kröner-Eshelby micromechanical model. The proportions and the textures of the phases were taken into account in the process, along with the presence of porosity., Les dépôts élaborés par pulvérisation cathodique magnétron sont généralement polycristallins, texturés et composés de différentes phases. De plus, plusieurs études ont montré que le comportement élastique des couches minces dépend des paramètres du procédé. L’objectif de cette thèse est de développer une méthodologie qui permet de déterminer les constantes d’élasticité d’un dépôt à une échelle macroscopique et mésoscopique (cristal). La méthodologie développée dans ce travail a permis de déterminer les constantes d’élasticité macroscopiques d’une couche mince de tungstène biphasé (Wα+Wβ) et les constantes d’élasticité mésoscopiques de la phase Wβ . Le comportement élastique de cette phase n’est pas connu dans la bibliographie ce qui motive la présente étude. Les constantes d’élasticité macroscopiques ont été mesurées à l’aide de la Technique d’Excitation Impulsionnelle (TEI). Une étude métrologique de cette méthode a été effectuée puis une formulation améliorée pour déterminer le module de cisaillement a été proposée. Les constantes d’élasticité mésoscopiques de la phase métastable Wβ ont été déterminées par une méthode inverse couplant TEI, diffraction des rayons-X, et le modèle micromécanique de Kröner-Eshelby. La démarche a pris en compte les proportions des phases, leur texture et la présence de porosités.

International audience; Designing and processing complex matter and materials are key objectives of bioresource and bioproduct research. Modeling approaches targeting such systems have to account for their two main sources of complexity: their intrinsic multi-scale nature; and the variability and heterogeneity inherent to all living systems. Here we provide insight into methods developed at the Food & Bioproduct Engineering division (CEPIA) of the French National Institute of Agricultural Research (INRA). This brief survey focuses on innovative research lines that tackle complexity by mobilizing different approaches with complementary objectives. On one hand cognitive approaches aim to uncover the basic mechanisms and laws underlying the emerging collective properties and macroscopic behavior of soft- matter and granular systems, using numerical and experimental methods borrowed from physics and mechanics. The corresponding case studies are dedicated to the structuring and phase behavior of biopolymers, powders and granular materials, and to the evolution of these structures caused by external constraints. On the other hand machine learning approaches can deal with process optimizations and outcome predictions by extracting useful information and correlations from huge datasets built from experiments at different length scales and in heterogeneous conditions. These predictive methods are illustrated in the context of cheese ripening, grape maturity prediction and bacterial production.

With their large flexibility of design , 3D woven composites can provide mechanical properties tailored specificially to structural needs. However, the architectural complexity of woven reinforcements presents serious challenges when predicting properties, behaviours and damage processes. The present work deals with these challenges and seeks to develop numerical tools which are able to foresee the mechanical characteristics of this kind of materials. For this purpose, a multiscale approach, which combines experimental tests and numerical simulations, has been adopted. This approach allows, simultaneously, to take into account the loads and composite behavior, at the macroscopic scale, also the reinforcement geometry and the material heterogeneities which are only visible at the mesoscopic scale. The experimental investigation has been carried out to characterize the behaviour of an 2.5D interlock composite and its constituents. Examinations of the damage mechanisms have also been performed, using tomography and the interzone concept, for this woven composite under loadings in tension and combined tension and bending. With regards to the numerical modeling part, the ultimate degradation of the composite was simulated by cutting the reinforcement yarns with a failure criterion, previously reported, on a 3D representative cell of the experimental composite. For the two kinds of macroscopic loadings, the locations, orientations and kinetics of the damage were found to be fully in agreement with the experimental results. The influence of the architectural parameters on the failure criterion was then evaluated by finite element calculation. Consequently, it has been possible to proposed optimized architectures and make a camparison, for the two macroscopic loadings, with the 2.5D interlock woven composite. Still motivated to improve the prediction of the behaviour of woven composites, this work has also been on developing a finer modeling approach to the understanding of damage mechanisms. A stochastic approach was therefore introduced to the failure criterion using a Weibull statistical distribution. In addition, matrix cavitation has also been taken into account in the modelling. This damage mechanism was simulated using the GTN (Gurson-Tvergaard-Needleman) model. Finally, model reduction techniques have been applied to lower the cost of computing multiscale modeling in order to identify, for example, material properties by an inverse method or to simulate fatigue tests.; Les composites tissés 3D, à l'aide de leurs grandes libertés de conception, peuvent fournir des propriétés mécaniques adaptées aux besoins spécifiques d'une structure. La complexité architecturale de ces matériaux induit néanmoins des propriétés, des comportements ainsi que des endommagements très difficiles à prédire. Les travaux présentés dans ce manuscrit s'inscrivent directement dans cette problématique et cherchent à développer des outils permettant, par simulation numérique, de prévoir les caractéristiques mécaniques de ce type de matériaux. Afin de répondre à cet objectif, une approche multiéchelle, alliant essais expérimentaux et simulations numériques, a été adoptée. Cette démarche permet, en appliquant des sollicitations réelles, de considérer la géométrie des renforts et les hétérogénéités du matériau, observables à l'échelle mésoscopique, qui sont responsables du comportement macroscopique du composite tissé. Le travail d'investigation expérimentale s'est attaché à caractériser le comportement d'un composite interlock 2,5D et des ses constituants ainsi que les mécanismes et cinétiques de rupture, pour des sollicitations de traction/flexion, grâce à des observations tomographiques aux rayons X et au concept d'interzone. En ce qui concerne la modélisation numérique, un critère de rupture permettant de simuler la dégradation ultime du composite, en coupant les fils de renforts, a été présenté et testé sur une cellule représentative du composite expérimentale. Les résultats en termes de localisations, d'orientations et de cinétiques de l'endommagement sont en accord avec les observations expérimentales. Ensuite, après avoir estimé l'influence des différents paramètres architecturaux sur le critère de rupture avec une campagne de calcul éléments finis, des architectures optimisées, pour les sollicitations considérées, ont pu être proposées et comparées à l'interlock 2,5D. Toujours dans l'optique d'une meilleure prédiction du comportement des composites tissés, les travaux se sont également intéressés à une modélisation plus fine des mécanismes d'endommagement. Une approche fiabiliste a donc été introduite sur le critère de rupture à l'aide d'une distribution statistique de Weibull. De plus, un autre mécanisme d'endommagement a aussi pu être pris en compte dans la modélisation en simulant, avec le modèle GTN (Gurson-Tvergaard-Needleman), la cavitation de la matrice. Enfin, des techniques de réduction de modèle ont été employées pour diminuer le coût calcul de la modélisation multiéchelle afin d'identifier, par exemple, des propriétés matériaux par méthode inverse ou de simuler des essais de fatigue.

With their large flexibility of design , 3D woven composites can provide mechanical properties tailored specificially to structural needs. However, the architectural complexity of woven reinforcements presents serious challenges when predicting properties, behaviours and damage processes. The present work deals with these challenges and seeks to develop numerical tools which are able to foresee the mechanical characteristics of this kind of materials. For this purpose, a multiscale approach, which combines experimental tests and numerical simulations, has been adopted. This approach allows, simultaneously, to take into account the loads and composite behavior, at the macroscopic scale, also the reinforcement geometry and the material heterogeneities which are only visible at the mesoscopic scale. The experimental investigation has been carried out to characterize the behaviour of an 2.5D interlock composite and its constituents. Examinations of the damage mechanisms have also been performed, using tomography and the interzone concept, for this woven composite under loadings in tension and combined tension and bending. With regards to the numerical modeling part, the ultimate degradation of the composite was simulated by cutting the reinforcement yarns with a failure criterion, previously reported, on a 3D representative cell of the experimental composite. For the two kinds of macroscopic loadings, the locations, orientations and kinetics of the damage were found to be fully in agreement with the experimental results. The influence of the architectural parameters on the failure criterion was then evaluated by finite element calculation. Consequently, it has been possible to proposed optimized architectures and make a camparison, for the two macroscopic loadings, with the 2.5D interlock woven composite. Still motivated to improve the prediction of the behaviour of woven composites, this work has also been on developing a finer modeling approach to the understanding of damage mechanisms. A stochastic approach was therefore introduced to the failure criterion using a Weibull statistical distribution. In addition, matrix cavitation has also been taken into account in the modelling. This damage mechanism was simulated using the GTN (Gurson-Tvergaard-Needleman) model. Finally, model reduction techniques have been applied to lower the cost of computing multiscale modeling in order to identify, for example, material properties by an inverse method or to simulate fatigue tests.; Les composites tissés 3D, à l'aide de leurs grandes libertés de conception, peuvent fournir des propriétés mécaniques adaptées aux besoins spécifiques d'une structure. La complexité architecturale de ces matériaux induit néanmoins des propriétés, des comportements ainsi que des endommagements très difficiles à prédire. Les travaux présentés dans ce manuscrit s'inscrivent directement dans cette problématique et cherchent à développer des outils permettant, par simulation numérique, de prévoir les caractéristiques mécaniques de ce type de matériaux. Afin de répondre à cet objectif, une approche multiéchelle, alliant essais expérimentaux et simulations numériques, a été adoptée. Cette démarche permet, en appliquant des sollicitations réelles, de considérer la géométrie des renforts et les hétérogénéités du matériau, observables à l'échelle mésoscopique, qui sont responsables du comportement macroscopique du composite tissé. Le travail d'investigation expérimentale s'est attaché à caractériser le comportement d'un composite interlock 2,5D et des ses constituants ainsi que les mécanismes et cinétiques de rupture, pour des sollicitations de traction/flexion, grâce à des observations tomographiques aux rayons X et au concept d'interzone. En ce qui concerne la modélisation numérique, un critère de rupture permettant de simuler la dégradation ultime du composite, en coupant les fils de renforts, a été présenté et testé sur une cellule représentative du composite expérimentale. Les résultats en termes de localisations, d'orientations et de cinétiques de l'endommagement sont en accord avec les observations expérimentales. Ensuite, après avoir estimé l'influence des différents paramètres architecturaux sur le critère de rupture avec une campagne de calcul éléments finis, des architectures optimisées, pour les sollicitations considérées, ont pu être proposées et comparées à l'interlock 2,5D. Toujours dans l'optique d'une meilleure prédiction du comportement des composites tissés, les travaux se sont également intéressés à une modélisation plus fine des mécanismes d'endommagement. Une approche fiabiliste a donc été introduite sur le critère de rupture à l'aide d'une distribution statistique de Weibull. De plus, un autre mécanisme d'endommagement a aussi pu être pris en compte dans la modélisation en simulant, avec le modèle GTN (Gurson-Tvergaard-Needleman), la cavitation de la matrice. Enfin, des techniques de réduction de modèle ont été employées pour diminuer le coût calcul de la modélisation multiéchelle afin d'identifier, par exemple, des propriétés matériaux par méthode inverse ou de simuler des essais de fatigue.

The thesis is dedicated to the study of elasto-plastic behavior of multiphase polycrystalline materials and ductile damage at different scales. The microscopic heterogeneities have important influence on the macroscopic mechanical behavior of materials. Ductile damage is still difficult to measure at small scales. The following issues are the main topic involved in this thesis: 1. The evolution of mechanical behavior in phases and groups of grains, under external load until fracture.2. The influence of intrinsic heterogeneity on the macroscopic behavior of two-phase materials.3. The influence of necking and ductile damage, on the behavior of grains with different orientation families.4. The indirect measurement of ductile damage at small scales by diffraction. To answer these questions, duplex steels and two-phase titanium are tested. The diffraction method is used to perform in situ measurements during tensile test until fracture. Predictions are carried out by an elasto-plastic self-consistent model, in which ductile damage have been integrated. Experimental data on different scales are compared with these predictions. In addition, nano-indentation tests are carried out to study the evolution of phases’ mechanical properties along the neck until fracture edge. Microscopic images were also taken in order to observe the fracture surfaces of studied materials, Cette thèse est dédiée à l’étude du comportement élasto-plastique des matériaux polycristallins multiphasés ainsi que de l’endommagement ductile à différentes échelles. Les hétérogénéités microscopiques ont une influence importante sur la réponse mécanique macroscopique des matériaux. Et l’endommagement ductile est encore difficile à mesurer aux échelles fines. Cette thèse traite des problématiques suivantes : 1. L’évolution du comportement des phases et des grains sous chargements jusqu’à la rupture.2. L’influence de l’hétérogénéité intrinsèque au niveau micro, sur le comportement macroscopique des matériaux biphasés.3. L’influence de la striction et de l’endommagement sur le comportement de familles d’orientation de grains.4. La mesure indirecte de l’endommagement échelle fine par diffraction. Afin d’enquêter sur ces questions, l’acier duplex et le titane biphasé sont testés. La diffraction est utilisée pour effectuer des mesures in situ non-destructive au cours d’essais de traction et jusqu’à la rupture. Des simulations sont réalisées grâce à un modèle auto-cohérent élasto-plastique, dans lequel est introduite la modélisation de l’endommagement ductile. Les données expérimentales aux différentes échelles y sont comparées. En outre, des tests de nano-indentation et observation micrographiques sont effectués pour observer l’évolution spatiale des propriétés mécaniques des phases le long de la striction et jusqu’à la surface de rupture

Natural fibers such as flax, hemp, bamboo or miscanthus are increasingly used as fibrous reinforcement in order to reduce the weight, the cost and the environmental impact of products. They replace the conventional composites based on polymer resin and synthetic fibers. The finishing operations by machining of these biocomposite products remain a technological issue and a scientific challenge. This is mainly due to the complex structure of natural fibers composed of cellulose and extracted from plant leaf or plant stem. This research work provides a multiscale analysis of cutting behavior of these renewable materials in 2D orthogonal cutting and 3D milling processes. The primary objective is to better understand the major physical mechanisms activated by the material removal process of biocomposites. Furthermore, to identify the scale effects observed in machining, a tribo-mechanical characterization of stratified biocomposites by nanoindentation and scratch as well as specific mechanical tests were carried out. Natural fibers are distinguished from synthetic fibers by a transverse flexibility, which enable them good ability to deform upon contact with the cutting tool. Thus, the mechanical tool/material contact stiffness controls the cutting by plastic shearing of plant fibers and, consequently, it controls the quality of the biocomposite-machined surfaces. Otherwise, natural fibers, associated with a thermoplastic polymer matrix, have an elastoplastic behavior with a ductile damage when they are stressed in their transverse direction. This explains the production of continuous chips when machining biocomposites, unlike conventional synthetic composites. The mechanical and tribological behaviors of plant fibers in machining are dependent on the contact scale. This explains the multiscale cutting character of biocomposites where the machinability is intimately related to the size of the fibrous reinforcement.; Les fibres naturelles telles que le lin, le chanvre, le bambou ou la miscanthus sont de plus en plus utilisées pour renforcer les composites industriels afin de réduire le poids, le coût et l’impact environnemental des produits. Elles remplacent les composites conventionnels tels que les composites à base de résine polymère et fibres synthétiques. Les méthodes de parachèvement par usinage de ces produits agrocomposites demeurent un verrou technologique et un défi scientifique. Ceci est dû principalement à la structure complexe des fibres végétales constituée de cellulose et issue des feuilles ou des tiges de plantes cultivées. Ce travail de thèse propose une analyse multiéchelle du comportement à la coupe de ces matériaux renouvelables qui exploite un procédé 2D de coupe orthogonale et un procédé 3D de coupe par fraisage. L’objectif étant de mieux appréhender les mécanismes physiques majeurs activés par le processus d’enlèvement de matière des agrocomposites. Aussi, pour identifier les effets d’échelle observés en usinage, une caractérisation tribo-mécanique des agrocomposites stratifiés par nanoindentation et rayage ainsi que des essais mécaniques spécifiques ont été réalisés. Les fibres végétales se différencient des fibres synthétiques par une flexibilité transversale qui leur confère une grande capacité à se déformer lors du contact avec l’outil de coupe. Ainsi, la rigidité mécanique du contact outil/matière contrôle ici la coupe par cisaillement plastique des fibres végétales et, par conséquence, la qualité de la surface usinée des agrocomposites. Les fibres végétales, associées à une matrice polymère thermoplastique, présentent par ailleurs un comportement mécanique élastoplastique avec un endommagement ductile lorsqu’elles sont sollicitées suivant leur direction transversale. Ceci explique la production de copeaux continus en usinage par opposition aux composites synthétiques conventionnels. Les comportements mécanique et tribologique des fibres végétales en usinage sont fonction de l’échelle de contact. Ceci explique le caractère multiéchelle de la coupe des agrocomposites dont l’usinabilité est intiment liée à la taille du renfort fibreux.

UMR AGAP - équipe AFEF - Architecture et fonctionnement des espèces fruitièresUMR AGAP - équipe AFEF - Architecture et fonctionnement des espèces fruitières; We describe an ongoing project which aims at a better understanding of the development and functioning of apple trees by modelling them at several spatial and temporal scales. Dependence of growth and carbon allocation upon genotype, environmental variables (particularly, water supply), fruit load and experimental manipulation of carbon transport is investigated and simulated. For the required functional-structural models, new tools are developed, especially for handling multiple-scale representations of the same organism in a user-friendly way, for cross-platform modelling and for facilitating the application of rigorous methods of parameter estimation and sensitivity analysis.

Accès restreint aux membres de l'Université de Lorraine jusqu'au 2017-12-15; A multi-scale investigation of the swelling behaviour of a purified bentonite under constrained conditions is carried out by a monitoring of the swelling pressure and the porosity evolution at various scales (inter-aggregate, inter-particle, interlayer). A specific oedometer, oedo-tomometer, has been designed to monitor both the swelling pressure and the inter-aggregate porosity evolution deduced from microfocus X-ray computed tomography measurements (size higher than 5 µm). Further investigations of the porosity at lower scale were conducted at various stages of the swelling process by gas adsorption mainly and transmission electron microscopy. Various fluids were used for specimen hydration to control either crystalline swelling or osmotic swelling (NaCl solutions at different ionic strengths and methyl methacrylate (MMA) solution). The results, which combined both swelling pressure measurements and quantification of microstructure evolution upon hydration for the two different solutions, give sound understanding on the development of osmotic and/or crystalline swelling and their relative impact both on the microstructure and on the magnitude of the macroscopic swelling pressure of compacted smectites. Furthermore, these results compared to calculated results (BExM for example) shows similar evolutions; Une étude multi-échelle du gonflement d’une smectite en milieu confiné est proposée par une analyse de la pression de gonflement et de la porosité à différentes échelles (inter-agrégat, inter-particulaire, interfoliaire). Un dispositif spécifique, œdo-tomomètre, est conçu pour assurer le suivi couplé de la pression de gonflement et de la porosité inter-agrégat identifiable par microtomographie de rayon X (taille > 5 µm). D’autres analyses par adsorption de gaz et en microscopie permettent de caractériser la porosité à plus petites échelles. Différents types de fluides sont utilisés pour hydrater les éprouvettes afin de contrôler les composantes cristalline et osmotique du gonflement (solutions de NaCl à différentes forces ioniques et solution de méthacrylate de méthyle (MMA)). Les résultats obtenus en comparant notamment les éprouvettes hydratées par des solutions ioniques de NaCl à celles hydratées par du MMA montrent que l’évolution de la pression de gonflement et la réorganisation de la microstructure (diminution en taille de la porosité inter-agrégat, fractionnement possible des particules) sont intimement liées. Par ailleurs, ces résultats comparés à ceux calculés par des modèles phénoménologiques (BExM par exemple, modèle de Barcelone pour les sols gonflants) sont assez bien corrélés

A multi-scale investigation of the swelling behaviour of a purified bentonite under constrained conditions is carried out by a monitoring of the swelling pressure and the porosity evolution at various scales (inter-aggregate, inter-particle, interlayer). A specific oedometer, oedo-tomometer, has been designed to monitor both the swelling pressure and the inter-aggregate porosity evolution deduced from microfocus X-ray computed tomography measurements (size higher than 5 µm). Further investigations of the porosity at lower scale were conducted at various stages of the swelling process by gas adsorption mainly and transmission electron microscopy. Various fluids were used for specimen hydration to control either crystalline swelling or osmotic swelling (NaCl solutions at different ionic strengths and methyl methacrylate (MMA) solution). The results, which combined both swelling pressure measurements and quantification of microstructure evolution upon hydration for the two different solutions, give sound understanding on the development of osmotic and/or crystalline swelling and their relative impact both on the microstructure and on the magnitude of the macroscopic swelling pressure of compacted smectites. Furthermore, these results compared to calculated results (BExM for example) shows similar evolutions, Une étude multi-échelle du gonflement d’une smectite en milieu confiné est proposée par une analyse de la pression de gonflement et de la porosité à différentes échelles (inter-agrégat, inter-particulaire, interfoliaire). Un dispositif spécifique, œdo-tomomètre, est conçu pour assurer le suivi couplé de la pression de gonflement et de la porosité inter-agrégat identifiable par microtomographie de rayon X (taille > 5 µm). D’autres analyses par adsorption de gaz et en microscopie permettent de caractériser la porosité à plus petites échelles. Différents types de fluides sont utilisés pour hydrater les éprouvettes afin de contrôler les composantes cristalline et osmotique du gonflement (solutions de NaCl à différentes forces ioniques et solution de méthacrylate de méthyle (MMA)). Les résultats obtenus en comparant notamment les éprouvettes hydratées par des solutions ioniques de NaCl à celles hydratées par du MMA montrent que l’évolution de la pression de gonflement et la réorganisation de la microstructure (diminution en taille de la porosité inter-agrégat, fractionnement possible des particules) sont intimement liées. Par ailleurs, ces résultats comparés à ceux calculés par des modèles phénoménologiques (BExM par exemple, modèle de Barcelone pour les sols gonflants) sont assez bien corrélés

The [delat]-stabilized PuGa 1at.% is only in a metastable state and therefore is very sensitive to the external environment (phase transformation under thermal and mechanical loading). The originality of this work consists in a quantitative In Situ characterization of the [delta to alpha'] martensitic transformation (nature and amount of existing phases, evolution of lattice parameters and induced microstrains …) as well as a microstructural study conducted under different transformation conditions (temperature and mechanical loading). The isothermal character of the transformation kinetics in the PuGa 1at.% was confirmed. The analysis of the kinetics from the Pati and Cohen formalism gave the opportunity to investigate the mechanisms involved during the transformation (autocatalytic nucleation, interaction between the new variant formed and the matrix). Modifications induced in a stressed material (increase in temperature Ms, crystallographic orientation of transformation products) were calculated from the Patel and Cohen formalism. Microstructural numerical simulations were also performed in order to understand the effect of elastic interactions associated with transformation eigenstrain on the martensite plate morphology and plates arrangement in regard of the observations by SEM and OM. The direct confrontation of all results highlighted the large influence of accumulated stresses in the material during the transformation. Indeed, while an autocatalytic effect controls the first steps of the kinetic, an accumulation of unfavorable mechanical interactions occurs gradually explaining the partial nature of this transformation. The study of the martensitic transformation occurring at low temperature and under stresses was complemented by the study of its reversion into the [delta] phase in order to grasp the different mechanisms driving this reversion. This work shows the existence of competition between direct and indirect reversion modes, the latter being closely related to the mobility of gallium and to the thermodynamic stability of different phases of the alloy versus temperature; L’alliage PuGa 1at.% stabilisé en phase [delta] n’existe que dans un état métastable et présente donc un caractère très sensible à l’environnement extérieur (transformation de phase sous sollicitations thermiques et mécaniques). L'originalité de ce travail consiste en une caractérisation quantitative In Situ de la transformation martensitique [delta vers alpha’] (nature et fraction des phases en présence, évolutions de paramètres de maille et microdéformations générées...) ainsi qu’en une étude microstructurale associées à différentes conditions de transformation (températures et sollicitations mécaniques). Le caractère isotherme pour la transformation de l’alliage PuGa 1at.% a été confirmé. L’analyse des cinétiques de transformation isotherme menée avec le modèle de Pati et Cohen a permis de discuter les différents phénomènes mis en jeu lors de la transformation (germination autocatalytique, interaction entre le nouveau variant formé et la matrice). Les modifications engendrées lorsque la matière est contrainte (augmentation de température Ms, orientation des produits de transformation) ont pu être calculées à partir du formalisme de Patel et Cohen. Des simulations numériques microstructurales ont également été réalisées afin d’appréhender l’effet des contraintes associées à la déformation libre de transformation sur la morphologie et l’arrangement des plaquettes de martensite, en regard aux observations expérimentales par microscopie optique et microscopie électronique à balayage. La confrontation directe de l’ensemble des résultats obtenus a permis de mettre en évidence l’influence majeure des contraintes accumulées dans la matière durant la transformation. En effet, alors qu’un effet auto-catalytique contrôle largement les premiers instants de la cinétique, une accumulation d’interactions mécaniques défavorables apparait progressivement expliquant le caractère partiel de cette transformation. L’étude de la transformation martensitique transformée à basses températures et sous contraintes a été complétée par l’étude de sa réversion en phase [delta] afin de comprendre les différents mécanismes pilotant cette réversion. Ce travail a montré l’existence d’une compétition entre deux modes de réversion direct et indirect, ce dernier étant étroitement lié à la mobilité du gallium et la stabilité thermodynamique des différentes phases de l’alliage en température

The plasticity of alpha-titanium is strongly anisotropic. It involves slip systems families with various properties and different kinds of twins. In this study, tensile tests on commercially pur alpha-titanium samples are coupled with acoustic emission and high-resolution extensometry measurements. These tests show the presence of a well on the strain dependence of the work hardening. An opposite strain rate effect on the well depth is found whether specimens are elongated along the rolling or the transverse direction of the initially laminated sheet. Slip lines analysis reveals an initial predominance of prismatic slip, particularly pronounced in specimens strained along the rolling direction. The relative activity of prismatic slip is then observed to decrease with the deformation of both kinds of samples. The twin volume fractions are higher in the tests performed in the transverse direction but still remain very low (< 5 %), especially around the well (< 2 %). These results provide grounds for elaboration of a model capable of explaining such peculiar work hardening behavior. The model relies on a self-consistent scheme in elastoviscoplasticity, based on the translated field method and an affine linearization of the viscoplastic flow rule. The model considers crystal plasticity and deals separately with mobile dislocation density and dislocation velocity. It assumes lower strain rate sensitivity as well as higher dislocation multiplication rate for prismatic systems. Based on these assumptions, the model reproduces correctly the stress-strain curves and gives sound estimates of Lankford coefficients, prismatic slip activity and textures evolution. Most importantly, the opposite effect of strain rate on the well depth with regard to the orientation of the tensile axis is qualitatively retrieved, which allows putting forward an explanation of the observed phenomena. Besides, acoustic emission and high-resolution extensometry measurements allow analyzing the intermittent and wave nature of alpha-titanium at a mesoscopic scale. These data are confronted with the predictions of the present model and will be used as grounds for the future development of a more complex model; La déformation plastique du alpha-titane est fortement anisotrope. Elle met en jeu des familles de systèmes de glissement aux propriétés diverses et différents types de macles. Dans cette étude, des essais de traction sur des échantillons de alpha-titane de pureté commerciale sont couplés avec des mesures d'émission acoustique et d'extensométrie locale à haute résolution. Ces essais révèlent la présence d'un puits sur la courbe d'évolution du taux d'écrouissage. Un effet inverse de la vitesse de déformation sur la profondeur de ce puits est trouvé selon que les échantillons sont déformés suivant le sens long ou le sens travers de la tôle laminée initiale. Des analyses statistiques des lignes de glissement montrent une prédominance initiale du glissement prismatique, particulièrement prononcée dans les échantillons prélevés suivant le sens long. Une diminution de l'activité relative du glissement prismatique est observée au cours de la déformation des deux types d'éprouvettes. Les fractions volumiques de macles sont plus élevées dans les essais réalisés en sens travers mais restent néanmoins très faibles (< 5 %), en particulier au niveau du puits (< 2 %). Ces résultats fournissent une base physique pour l'élaboration d'un modèle capable d'expliquer ce comportement particulier de l'écrouissage. Le modèle s'appuie sur un schéma auto-cohérent en élastoviscoplasticité, basé sur la méthode des champs translatés et utilisant une linéarisation affine de la relation constitutive viscoplastique. Le modèle considère la plasticité cristalline et traite séparément la densité de dislocations mobiles et la vitesse moyenne des dislocations. Il suppose une plus faible sensibilité à la vitesse de déformation ainsi qu'une multiplication plus rapide des dislocations sur les systèmes prismatiques. A partir de ces différentes hypothèses, les courbes de traction sont correctement reproduites et des estimations raisonnables des coefficients de Lankford, de l'activité relative du glissement prismatique et de l'évolution des textures sont obtenues. Plus important encore, l'effet inverse de la vitesse de déformation sur la profondeur du puits du taux d'écrouissage selon l'orientation de l'axe de traction est retrouvé de manière qualitative, ce qui permet d'avancer une explication aux phénomènes observés. Par ailleurs, les mesures d'émission acoustique et d'extensométrie locale à haute résolution permettent d'analyser le caractère intermittent et ondulatoire du alpha-titane à une échelle mésoscopique. Ces données sont confrontées aux prédictions du modèle actuel et serviront de base pour le développement futur d’un modèle plus complexe

International audience; Analyzing biological data (e.g., annotating genomes, assembling NGS data...) may involve very complex and inter-linked steps where several tools are combined together. Scientific workflow systems have reached a level of maturity that makes them able to support the design and execution of such in-silico experiments, and thus making them increasingly popular in the bioinformatics community. However, in some emerging application domains such as system biology, developmental biology or ecology, the need for data analysis is combined with the need to model complex multi-scale biological systems, possibly involving multiple simulation steps. This requires the scientific work-flow to deal with retro-action to understand and predict the relationships between structure and function of these complex systems. OpenAlea (openalea.gforge.inria.fr) is the only scientific workflow system able to uniformly address the problem, which made it successful in the scientific community. One of its main originality is to introduce higher-order dataflows as a means to uniformly combine classical data analysis with modeling and simulation. In this demonstration paper, we provide for the first time the description of the OpenAlea system involving an original combination of features. We illustrate the demonstration on a high-throughput workflow in phenotyping, phenomics, and environmental control designed to study the interplay between plant architecture and climatic change.

Accès restreint aux membres de l'Université de Lorraine jusqu'au 2016-04-23; In this thesis, multiscale homogenization techniques are proposed for vibration analysis of structures with viscoelastic composite materials. In the first part, the Double Scale Asymptotic Method is proposed for vibration modeling of large repetitive viscoelastic sandwich structures. For this kind of structures, la eigenfrequencies are closely located in well separated packets. The DSAM splits the initial problem of large size into two problems of relatively small sizes. The first problem is posed on few basic cells, and the second one is an amplitude equation with complex coefficients. The resolution of these equations permits to compute the damping properties that correspond to the beginning and the end of every packets of eigenmodes. In case of structure with frequency dependent Young modulus in the core, the diamant approach is used to solve the nonlinear problem posed on basic cells. The ADF and fractional derivative models are considered in numerical tests. By using the DSAM, one avoid the discretization of the whole structure, and the computation time and needed CPU memory are thus reduced. The proposed method is validated by comparing its results with those of the direct finite element method using the diamant approach. In the second part of this thesis, the multiscale finite element method (FE2) is proposed for computation of modal properties (resonant frequency and modal loss factors) of structures with composite materials. In the principle of the (FE2) method, the vibration problem is formulated at two scales: the scale of the whole structure (macroscopic scale) and the scale of a Representative Volume Element (RVE) considered as the microscopic scale. The microscopic problem is a nonlinear one and the macroscopic problem is linear. The nonlinearity at the microscopic scale is introduced by the frequency dependence of the Young modulus of the viscoelastic phases. This nonlinear problem is solved by the Asymptotic Numerical Method and its automatic differentiation tools realizable in Matlab, Fortran or C++. From this approach, numerical tool that is generic, flexible, robust and inexpensive in term of CPU time and memory is proposed for vibration analysis of viscoelastic structures. The constant Young modulus and frequency dependent Young modulus are considered in validation tests. The results of numerical simulation with ABAQUS are used are reference. The model is then used to compute the modal properties of sandwich structure with viscoelastic composite core. To test the capacities of the proposed approach to design sandwich viscoelastic structure with high damping properties, the influence of parameters of the inclusions are studied; Dans cette thèse, des techniques d’homogénéisation multi-échelles sont proposées pour l’analyse des vibrations des matériaux composites viscoélastiques. Dans la première partie, la Méthode Asymptotique à Deux Echelles (MADE) est proposée pour la modélisation des vibrations des longues structures sandwichs viscoélastiques répétitives. Pour ce type de structures les pulsations amorties correspondant aux modes propres de vibration sont regroupées en paquets bien distincts. La MADE décompose le problème initial de grande taille en deux problèmes de petites tailles. Le premier est défini sur quelques cellules de base et le second est une équation différentielle d’amplitude à coefficients complexes. La résolution de ces problèmes permet de déterminer les propriétés amortissantes correspondant aux modes de début et de fin de paquet de la structure tout en évitant la discrétisation de toute la structure. Pour les structures dont les coeurs ont un module d’Young dépendant de la fréquence, le problème non linéaire formulé sur les cellules de bases est résolu par l’approche diamant. Les modèles ADF et à dérivées fractionnaires ont été considérés dans les tests numériques. En utilisant la MADE, on évite la discrétisation de toute la structure, ce qui permet donc de réduire considérablement le temps de calcul ainsi que l’espace mémoire CPU nécessaires. L’approche proposée a été validée en comparant les résultats à ceux de la simulation éléments finis basée sur la discrétisation de toute la structure, et utilisant l’approche diamant. Dans la seconde partie de cette thèse, la méthode des éléments finis multi-échelles (EF2) a été développée pour le calcul des propriétés modales des structures à matériaux hétérogènes viscoélastiques en terme de fréquences amorties et amortissements modaux. Dans le principe de l’approche EF2, le problème de vibration est formulé à deux échelles : l’échelle de la structure globale (échelle macroscopique) et l’échelle d’un VER minutieusement choisi (échelle microscopique). Le problème à résoudre à l’échelle microscopique est un problème non linéaire alors que le problème à résoudre à l’échelle macroscopique est un problème linéaire. La non linéarité à l’échelle microscopique est introduite par la dépendance en fréquence du module d’Young des matériaux des phases viscoélastiques. Le problème non linéaire ainsi généré à l’échelle microscopique est résolu grâce à la MAN et ses outils de différentiation automatique réalisés sous Matlab, Fortran et C++. Un outil numérique, générique, robuste, peu coûteux en temps de calcul et espace mémoire CPU, de résolution des problèmes de vibrations non amorties des structures composites viscoélastique est ainsi mis en place. Le modèle viscoélastique à module constant ainsi que des modèles à modules dépendant de la fréquence notamment le modèle ADF et le modèle à dérivées fractionnaires ont été considérés pour les tests numériques de validation. Les comparaisons avec les résultats ABAQUS ont confirmé l’efficacité du code propos é. Le modèle est ensuite utilisé pour le calcul des propriétés amortissantes des structures sandwichs viscoélastiques à coeur composite. Les capacités de la nouvelle approche à concevoir des structures sandwichs viscoélastiques à coeur composite et à haut pouvoir amortissant ont été testées avec succès à travers l’étude de l’influence des différents paramètres des inclusions sur les propriétés amortissantes d’une structure sandwich viscoélastique à coeur composite

Accès restreint aux membres de l'Université de Lorraine jusqu'au 2016-04-23; In this thesis, multiscale homogenization techniques are proposed for vibration analysis of structures with viscoelastic composite materials. In the first part, the Double Scale Asymptotic Method is proposed for vibration modeling of large repetitive viscoelastic sandwich structures. For this kind of structures, la eigenfrequencies are closely located in well separated packets. The DSAM splits the initial problem of large size into two problems of relatively small sizes. The first problem is posed on few basic cells, and the second one is an amplitude equation with complex coefficients. The resolution of these equations permits to compute the damping properties that correspond to the beginning and the end of every packets of eigenmodes. In case of structure with frequency dependent Young modulus in the core, the diamant approach is used to solve the nonlinear problem posed on basic cells. The ADF and fractional derivative models are considered in numerical tests. By using the DSAM, one avoid the discretization of the whole structure, and the computation time and needed CPU memory are thus reduced. The proposed method is validated by comparing its results with those of the direct finite element method using the diamant approach. In the second part of this thesis, the multiscale finite element method (FE2) is proposed for computation of modal properties (resonant frequency and modal loss factors) of structures with composite materials. In the principle of the (FE2) method, the vibration problem is formulated at two scales: the scale of the whole structure (macroscopic scale) and the scale of a Representative Volume Element (RVE) considered as the microscopic scale. The microscopic problem is a nonlinear one and the macroscopic problem is linear. The nonlinearity at the microscopic scale is introduced by the frequency dependence of the Young modulus of the viscoelastic phases. This nonlinear problem is solved by the Asymptotic Numerical Method and its automatic differentiation tools realizable in Matlab, Fortran or C++. From this approach, numerical tool that is generic, flexible, robust and inexpensive in term of CPU time and memory is proposed for vibration analysis of viscoelastic structures. The constant Young modulus and frequency dependent Young modulus are considered in validation tests. The results of numerical simulation with ABAQUS are used are reference. The model is then used to compute the modal properties of sandwich structure with viscoelastic composite core. To test the capacities of the proposed approach to design sandwich viscoelastic structure with high damping properties, the influence of parameters of the inclusions are studied; Dans cette thèse, des techniques d’homogénéisation multi-échelles sont proposées pour l’analyse des vibrations des matériaux composites viscoélastiques. Dans la première partie, la Méthode Asymptotique à Deux Echelles (MADE) est proposée pour la modélisation des vibrations des longues structures sandwichs viscoélastiques répétitives. Pour ce type de structures les pulsations amorties correspondant aux modes propres de vibration sont regroupées en paquets bien distincts. La MADE décompose le problème initial de grande taille en deux problèmes de petites tailles. Le premier est défini sur quelques cellules de base et le second est une équation différentielle d’amplitude à coefficients complexes. La résolution de ces problèmes permet de déterminer les propriétés amortissantes correspondant aux modes de début et de fin de paquet de la structure tout en évitant la discrétisation de toute la structure. Pour les structures dont les coeurs ont un module d’Young dépendant de la fréquence, le problème non linéaire formulé sur les cellules de bases est résolu par l’approche diamant. Les modèles ADF et à dérivées fractionnaires ont été considérés dans les tests numériques. En utilisant la MADE, on évite la discrétisation de toute la structure, ce qui permet donc de réduire considérablement le temps de calcul ainsi que l’espace mémoire CPU nécessaires. L’approche proposée a été validée en comparant les résultats à ceux de la simulation éléments finis basée sur la discrétisation de toute la structure, et utilisant l’approche diamant. Dans la seconde partie de cette thèse, la méthode des éléments finis multi-échelles (EF2) a été développée pour le calcul des propriétés modales des structures à matériaux hétérogènes viscoélastiques en terme de fréquences amorties et amortissements modaux. Dans le principe de l’approche EF2, le problème de vibration est formulé à deux échelles : l’échelle de la structure globale (échelle macroscopique) et l’échelle d’un VER minutieusement choisi (échelle microscopique). Le problème à résoudre à l’échelle microscopique est un problème non linéaire alors que le problème à résoudre à l’échelle macroscopique est un problème linéaire. La non linéarité à l’échelle microscopique est introduite par la dépendance en fréquence du module d’Young des matériaux des phases viscoélastiques. Le problème non linéaire ainsi généré à l’échelle microscopique est résolu grâce à la MAN et ses outils de différentiation automatique réalisés sous Matlab, Fortran et C++. Un outil numérique, générique, robuste, peu coûteux en temps de calcul et espace mémoire CPU, de résolution des problèmes de vibrations non amorties des structures composites viscoélastique est ainsi mis en place. Le modèle viscoélastique à module constant ainsi que des modèles à modules dépendant de la fréquence notamment le modèle ADF et le modèle à dérivées fractionnaires ont été considérés pour les tests numériques de validation. Les comparaisons avec les résultats ABAQUS ont confirmé l’efficacité du code propos é. Le modèle est ensuite utilisé pour le calcul des propriétés amortissantes des structures sandwichs viscoélastiques à coeur composite. Les capacités de la nouvelle approche à concevoir des structures sandwichs viscoélastiques à coeur composite et à haut pouvoir amortissant ont été testées avec succès à travers l’étude de l’influence des différents paramètres des inclusions sur les propriétés amortissantes d’une structure sandwich viscoélastique à coeur composite

Plants acclimate to drought optimizing the trade-off between biomass production and water loss while ensuring their survival and reproduction. Plants also modify their growth or phenology as complementary strategies in response to stress. Despite evidence of an interaction between flowering time and plant growth response to environmental stresses, this interaction in response to drought is under debate. To contribute to the analysis of this interaction, leaf growth of 35 genetically modified lines of Arabidopsis thaliana and their common wild-type, Col-0 was analyzed by a quantitative multi-scale phenotyping approach from cellular to whole plant scale both in wellwatered and soil moderate water deficit conditions. These genotypes were selected for the various physiological functions potentially altered by their genetic modification and that could interact with plant growth and/or their drought responses. In all genotypes, leaf expansion decreased in response to drought both at the whole rosette and the individual leaf levels. Additionally, epidermal cell area and/or epidermal cell number decreased in response to the drought treatment. In contrast, the number of rosette leaves was reduced in only half of the genotypes and leaf growth duration was only modified in 4 of them. Despite long photoperiod conditions, the duration of the vegetative phase, i.e. the time elapsed between germination and flowering stage, varied from 12 to 27 days among genotypes under well watered conditions. Our analyses revealed that the differences of flowering time observed in well-watered condition impacted the leaf area response to drought. Early-flowering genotypes slightly decreased their final leaf number, but strongly reduced their

The [delat]-stabilized PuGa 1at.% is only in a metastable state and therefore is very sensitive to the external environment (phase transformation under thermal and mechanical loading). The originality of this work consists in a quantitative In Situ characterization of the [delta to alpha'] martensitic transformation (nature and amount of existing phases, evolution of lattice parameters and induced microstrains …) as well as a microstructural study conducted under different transformation conditions (temperature and mechanical loading). The isothermal character of the transformation kinetics in the PuGa 1at.% was confirmed. The analysis of the kinetics from the Pati and Cohen formalism gave the opportunity to investigate the mechanisms involved during the transformation (autocatalytic nucleation, interaction between the new variant formed and the matrix). Modifications induced in a stressed material (increase in temperature Ms, crystallographic orientation of transformation products) were calculated from the Patel and Cohen formalism. Microstructural numerical simulations were also performed in order to understand the effect of elastic interactions associated with transformation eigenstrain on the martensite plate morphology and plates arrangement in regard of the observations by SEM and OM. The direct confrontation of all results highlighted the large influence of accumulated stresses in the material during the transformation. Indeed, while an autocatalytic effect controls the first steps of the kinetic, an accumulation of unfavorable mechanical interactions occurs gradually explaining the partial nature of this transformation. The study of the martensitic transformation occurring at low temperature and under stresses was complemented by the study of its reversion into the [delta] phase in order to grasp the different mechanisms driving this reversion. This work shows the existence of competition between direct and indirect reversion modes, the latter being closely related to the mobility of gallium and to the thermodynamic stability of different phases of the alloy versus temperature, L’alliage PuGa 1at.% stabilisé en phase [delta] n’existe que dans un état métastable et présente donc un caractère très sensible à l’environnement extérieur (transformation de phase sous sollicitations thermiques et mécaniques). L'originalité de ce travail consiste en une caractérisation quantitative In Situ de la transformation martensitique [delta vers alpha’] (nature et fraction des phases en présence, évolutions de paramètres de maille et microdéformations générées...) ainsi qu’en une étude microstructurale associées à différentes conditions de transformation (températures et sollicitations mécaniques). Le caractère isotherme pour la transformation de l’alliage PuGa 1at.% a été confirmé. L’analyse des cinétiques de transformation isotherme menée avec le modèle de Pati et Cohen a permis de discuter les différents phénomènes mis en jeu lors de la transformation (germination autocatalytique, interaction entre le nouveau variant formé et la matrice). Les modifications engendrées lorsque la matière est contrainte (augmentation de température Ms, orientation des produits de transformation) ont pu être calculées à partir du formalisme de Patel et Cohen. Des simulations numériques microstructurales ont également été réalisées afin d’appréhender l’effet des contraintes associées à la déformation libre de transformation sur la morphologie et l’arrangement des plaquettes de martensite, en regard aux observations expérimentales par microscopie optique et microscopie électronique à balayage. La confrontation directe de l’ensemble des résultats obtenus a permis de mettre en évidence l’influence majeure des contraintes accumulées dans la matière durant la transformation. En effet, alors qu’un effet auto-catalytique contrôle largement les premiers instants de la cinétique, une accumulation d’interactions mécaniques défavorables apparait progressivement expliquant le caractère partiel de cette transformation. L’étude de la transformation martensitique transformée à basses températures et sous contraintes a été complétée par l’étude de sa réversion en phase [delta] afin de comprendre les différents mécanismes pilotant cette réversion. Ce travail a montré l’existence d’une compétition entre deux modes de réversion direct et indirect, ce dernier étant étroitement lié à la mobilité du gallium et la stabilité thermodynamique des différentes phases de l’alliage en température

Novel crosslinking methods to design 3D hydrogels consist on an innovative combination of various components in order to create 3D structure with optimal properties and functionalities. This blending technic can be carried out by mixing several polymers or/and incorporation of nanoparticles into the polymer network. The present work showed the advantages of interpenetrating polymer networks forms composed of alginate and GelMA and highlighted the effect of the incorporation of nanoliposomes on the physico-chemical properties of the hydrogels. It consisted primarily on a multiscale characterization of the hydrogels and then on the study of the possible interactions in the 3D structure. At first, the surface characterization of the composite hydrogels at different alginate concentrations, before and after the functionalization with soft nanoparticles, showed an improvement of the wetting properties and the surface energy. The mechanical properties of the hydrogels were determined by multiscale analysis using the atomic force microscopy (nanoscopic) and the rheometer (mesoscopic). These analysis took into account the various concentrations of alginateas well as the two different concentrations of the liposomes added in the 3D structure. The results showed the effectiveness of mixing the polymers and the influence of the nanoliposomes on the alginate coagulation due to an interaction between the soft nanoparticules and the coagulation agent (CaCl2). A morphological study of the hydrogels showed the possibility to control the size of the pores by the modification of concentration for each component of hydrogel or by functionalization the 3D structure. The physicochemical interactions were then studied thanks to the X-ray Photoelectron Spectroscopy, the Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy and the Fourier Transform Infrared spectroscopy, Des nouvelles méthodes de gélification avec association de différents composés permettent l’élaboration d’hydrogels sous forme de matrices 3D présentant des propriétés optimales et des fonctions intéressantes. Cette technique d’assemblage peut être effectuée par mélange de plusieurs polymères ou/et par incorporation de nanoparticules dans la matrice polymérique. Ce travail de thèse a montré l’intérêt de mettre en œuvre des réseaux interpénétrés de polymères à base d’alginate et de GelMA, et a mis en évidence l’effet de l’incorporation de nanoliposomes sur les propriétés physico-chimiques des hydrogels. Une caractérisation multi-échelle des hydrogels, a été complétée par une étude des interactions possibles au sein de la matrice 3D. Dans une première partie du travail, une analyse des propriétés de surface des matrices composites à différentes concentrations d’alginate, avant et après fonctionnalisation par des nanoparticules molles, a montré une amélioration de la mouillabilité et de l’énergie de surface des hydrogels. Les propriétés mécaniques des hydrogels ont été déterminées par une caractérisation multi-échelle incluant la microscopie à force atomique (nanoscopique) et le rhéomètre (mésoscopique). Ces analyses ont pris en compte les différentes concentrations d’alginate ainsi que les deux concentrations différentes de liposomes incorporés dans la matrice 3D. Les résultats obtenus ont montré l’intérêt de l’assemblage des deux polymères et l’effet des nanoliposomes sur le processus de gélification de l’alginate dû à une interaction entre les nanoparticules molles et l’agent réticulant (CaCl2). Une étude morphologique des hydrogels a montré la possibilité de contrôler la taille des pores en modifiant la concentration des différents composants des hydrogels ou en fonctionnalisant les matrices 3D par des nanoparticules molles. Les interactions physico-chimiques ont ensuite été étudiées par Spectroscopie de Photoélectrons X, spectroscopie de Résonance Magnétique Nucléaire et Spectroscopie Infrarouge à Transformée de Fourier

Coupled mechanical and thermochemical surface treatments have been the subject of much research effort in recent years. The goal of such a coupling is to improve diffusion kinetics leading to increased penetration depths, and/or to decrease the treatment temperature for mechanically pretreated materials. In this work, SMAT (Surface Mechanical Attrittion Treatment), used to refine the grain size by severe plastic deformation, is combined with plasma nitriding of a 316L medical-grade stainless steel. This duplex process significantly improves nitrogen diffusion. An intermediate treatment between SMAT and plasma nitriding is also proposed and its significant effect on the nitrogen diffusion is demonstrated. Comparisons between nitrided-only samples and duplex-treated samples have shown up to 60% increase of the nitrided layer thickness. In order to better understand the link between the generated microstructures and the mechanical fatigue and tribological responses, the samples have been characterised by many different techniques. Also, a multiscale numerical model of the diffusion process is proposed in order to simulate the nitrogen concentration profiles after duplex treatment. The simulated and experimental profiles correspond rather well; Le couplage des traitements de surface mécaniques et thermochimiques a fait l’objet de nombreuses études ces dernières années. L’objectif d’un tel couplage est l’amélioration des cinétiques de diffusion d’espèces chimiques résultant en une augmentation des profondeurs de diffusion, et/ou une diminution de la température du traitement thermochimique sur les matériaux prétraités mécaniquement. Dans cette thèse, le procédé SMAT (Surface Mechanical Attrition Treatment) de nanocristallisation superficiel par déformation plastique sévère a été combiné avec la nitruration plasma sur un acier inoxydable 316L de qualité médicale. Ce procédé duplex permet une amélioration notable sur la capacité de diffusion de l’azote sous la surface de l’acier SMATé. Une étape intermédiaire entre le SMAT et la nitruration plasma a été proposée ; son rôle significatif pour la diffusion de l’azote a été démontré. Ainsi, la comparaison des résultats obtenus après la nitruration plasma sur les échantillons SMATés avec ceux uniquement nitrurés a permis de constater une augmentation jusqu’à 60% de l’épaisseur des couches nitrurées. Par ailleurs, de nombreux moyens de caractérisation ont été mis en œuvre à travers divers essais mécaniques de fatigue et de tribologie. Un modèle numérique multi-échelle de diffusion a également été développé pour simuler les profils de concentration d’azote après traitement duplex. Les profils de concentration d’azote simulés sont en bon accord avec les résultats expérimentaux

Pyrocarbons are polyromatic- graphenic- materials obtained by CVD / CVI and are often used as an interphase or as a matrix in C / C composites for the aerospace industry ans the production of brakes, rocket nozzles etc. . . Although not limited to this application domain, this example shows that their mechanical properties and heat resistance are qualities that it is essential to determine and predict. For this purpose, accurate material identification is needed to create a database linking the description of materials to their properties. The work of this thesis is focused on describing the structure (crystallographic point of view), nanotexture (degree of both perfection and order of grapheme layers within anisotropic domains), and texture (extension and relative arrangement of anisotropic domains) of a specific class of these materials, namely laminar pyrocarbons (wich include three kinds of them, known as 'rough', 'smooth' and 'regenerated'). It is mostly based on two major techniques wich are Raman spectroscopy and transmission electron microscopy, completed by X-ray diffraction. The section dedicated to Raman spectroscopy shows a study of the evolution of the various bands characteristic of the material (typically, the G band, generated by the lattice vibrations, and the D band, which is generated by defects) and their respective contributions (areas A or intensities I) as the ID/IG ratio which depends on both the exciting wavelength and the average crystallite size determined by neutron scattering and X-ray diffraction. This work shows that, in particular for small crystallite sizes (< 6 nm), a further contribution to the D band intensity at the same spectral position appears. In comparison to previous works, this innovative approach can account perfectly for the experimental observations recorded for various excitation wave lengths ranging from ultraviolet, to visible, and then to infrared. To complete this study, a series of pitch cokes was studied and shows, consistently with the pyrocarbons, a linear relationship between the width of the G band and the crystallite sizes the latter are less than ˜10nm. The section dedicated to the transmission electron microscopy utilizes a methodology previously developed and validated at CEMES for the quantified multi-scale characterization of another type of pyrocarbons, namely isotropic, spherulitic pyrocarbons has been used for the first time for the characterization of laminar pyrocarbons. By using several modes of the electron microscopy (electron diffraction with selected area diffraction, dark field images, lattice-fringe images), it was possible to evaluate qualitatively and/or quantitatively the structural and nano-textural respectively and to discriminate between the various pyrocarbons studied. This work has also highlighted the limitations of the methodology for its application to the peculiar type of the materials studied.; Les Pyrocarbones sont des matériaux polyromatiques -graphéniques- obtenus par CVD/CVI qui sont souvent utilisés en tant qu'interfase ou en tant que matrice dans des composites C/C pour l'industrie aéronautique et la réalisation de freins, tuyères de fusées etc. Bien que non limitées à ce domaine d'application, cet exemple montre que leurs propriétés mécaniques et leur résistance aux températures extrêmes sont des qualités qu'il est primordial de déterminer. Dans ce but, une étape d'identification des matériaux est nécessaire afin de créer une base de données reliant la description des matériaux à leurs propriétés. Le travail de cette thèse s'est donc porté sur la description structurale (caractère cristallographique), nano-texturale (degré de perfection et d'ordre des graphènes au sein des domaines anisotropes) et structurale (étendues et disposition relative des domaines anisotropes) de certains de ces matériaux, les pyrocarbones laminaires (des trois types dits 'rugueux', 'lisses', et 'régénérés'). Il est articulé autour de deux techniques majeures qui sont la spectroscopie Raman et la microscopie électronique en transmission, complété par la diffraction des rayons X. Le volet spectroscopie Raman montre une étude de l'évolution des différentes bandes caractéristiques du matériau (bande G, générée par les vibrations du réseau, et bande D, générée par les défauts) et de leurs importances respectives (aires A ou intensités I), comme le rapport ID/IG, en fonction de la longueur d'onde excitatrice et en fonction de la taille moyenne des cristallites déterminées par diffusion de neutrons et diffraction des rayons X. Ce travail montre notamment que pour de petites tailles de cristallite (< 6nm), une nouvelle contribution à l'intensité de la bande D de même position spectrale apparaît. Cette approche novatrice par rapport aux travaux antérieurs permet de rendre compte parfaitement des observations expérimentales dans le domaine ultraviolet, visible et infrarouge. Afin de compléter cette étude, une série de cokes de brai a été étudiée et montre, en cohérence avec les pyrocarbones, une relation linéaire entre la largeur de la bande G et les tailles de cristallites lorsqu'elles font moins de ˜ 10nm. Dans le volet microscopie électronique en transmission, une méthodologie préalablement mise au point au laboratoire et validée pour la caractérisation multi-échelle quantifiée de pyrocarbones de type pshérulitiques isotropes a été utilisée pour la première fois pour la caractérisation de pyrocarbones laminaires. Pour le recours à plusieurs modes de la microscopie électronique (diffraction électronique à aire sélectionnée, imagerie de fond noir, imagerie de franges de réseau), elle a permis, dans une certaine mesure, d'évaluer qualitativement et/ou quantitativement les caractéristiques texturales et nanotexturales respectives et discriminantes des différents types de pyrocarbones étudiés. Le travail a aussi mis en évidence les limitations de la méthodologie à son application pour le type particulier des matériaux de l'étude.

International audience; Maritime pine somatic embryos (SEs) require a reduction in water availability (high gellan gum concentration in the maturation medium) to reach the cotyledonary stage. This key switch, reported specifically for pine species, is not yet well understood. To facilitate the use of somatic embryogenesis for mass propagation of conifers, we need a better understanding of embryo development. Comparison of both transcriptome (Illumina RNA sequencing) and proteome [two-dimensional sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis with mass spectrometry (MS) identification] of immature SEs, cultured on either high (9G) or low (4G) gellan gum concentration, was performed, together with analysis of water content, fresh and dry mass, endogenous abscisic acid (ABA; gas chromatography-MS), soluble sugars (high-pressure liquid chromatography), starch and confocal laser microscope observations. This multiscale, integrated analysis was used to unravel early molecular and physiological events involved in SE development. Under unfavorable conditions (4G), the glycolytic pathway was enhanced, possibly in relation to cell proliferation that may be antagonistic to SE development. Under favorable conditions (9G), SEs adapted to culture constraint by activating specific protective pathways, and ABA-mediated molecular and physiological responses promoting embryo development. Our results suggest that on 9G, germin-like protein and ubiquitin-protein ligase could be used as predictive markers of SE development, whereas protein phosphatase 2C could be a biomarker for culture adaptive responses. This is the first characterization of early molecular mechanisms involved in the development of pine SEs following an increase in gellan gum concentration in the maturation medium, and it is also the first report on somatic embryogenesis in conifers combining transcriptomic and proteomic datasets.

Since several decades, the material removal process of Fiber Reinforced Polymers (FRP) continues to raise technical and scientific queries. The understanding of the multiple and complex phenomena generated when cutting still remains challenging for controlling the behavior of composite structures. This study addresses a multiscale analysis of elementary phenomena associated to each of the composite constituents in order to model the chip formation mechanisms owing to the multiphysical coupling. An investigation combining the experimental approach resulting in the instrumented test and numerical approach allowing to the finite element (FE) development was hence conducted. A VUMAT subroutine was built to express the constitutive formulation coupling the continuum damage mechanics to the failure mechanics by means of the triptych elasticity-damage-failure. Unlike to the binary approaches proposed by the open literature, the model proposed herein bases on the progressive damage concept for predicting the physical failure allowing to the formation of the chip. The crack initiation and growth mechanisms are controlled by the failure energies determined experimentally for each material phase. The efficiency of the VFRIC subroutine to managing the contact properties, i.e. friction, at the tool-material interface was confirmed. The numerical results proved the reliability of the model to simulate the chip formation mechanisms with respect of fiber orientation. The good agreement between the measured and predicted forces proved the interest of the rigorous modeling of the tool-material interface.; Depuis des décennies, le processus d'enlèvement de matière des composites à matrices polymères (CMP) ne cesse de susciter des interrogations. La complexité et la multitude des phénomènes physiques activés par la coupe constituent encore un défi d'actualité pour la compréhension et la maitrise du comportement des structures composites. Ce travail propose une analyse multiéchelle fine des phénomènes élémentaires émanant du comportement de chacune des phases constituantes du matériau afin de modéliser leurs couplages multiphysiques potentiels conduisant à la formation du copeau. L'étude est alors hybride conjuguant l'approche expérimentale exprimée par l'essai instrumenté et l'approche numérique exprimée par la modélisation par éléments finis (EF). La formulation du couplage multiphysique a fait l'objet d'une routine VUMAT alliant la mécanique de l'endommagement continu à la mécanique de la rupture par le biais du triptyque élasticité-endommagement-rupture. A la différence des approches binaires de la littérature, le modèle développé dans ce travail s'appuie sur un concept d'endommagement progressif pour prédire la rupture physique des phases, et par conséquent, la formation du copeau. Les mécanismes d'initiation et de propagation de la fissure sont pilotés par les énergies de rupture des phases identifiées selon les normes en vigueur. La gestion du contact par une routine VFRIC a permis d'assurer la synergie entre les propriétés locales de l'interface et les frottements générés. Les calculs ont démontré la pertinence du modèle tridimensionnel proposé dans la simulation des mécanismes de formation du copeau sensiblement à l'orientation et la nature des fibres. La bonne concordance entre les mesures et les prédictions d'efforts de coupe a mis en évidence l'intérêt d'un pilotage rigoureux du contact outil-pièce pour la simulation multiphysique de la coupe.

Accès restreint aux membres de l'Université de Lorraine jusqu'au 2015-01-10; In this work, we propose to follow a multi-scale approach for spatial reservoir properties characterization using direct (well observations) and indirect (seismic and production history) data at different resolutions. Two decompositions are used to parameterize the problem: the wavelets and the Gaussian pyramids. Using these parameterizations, we show the advantages of the multi-scale approach with two uncertainty quantification problems based on minimization. The first one concerns the simulation of property fields from a multiple points geostatistics algorithm. It is shown that the multi-scale approach based on Gaussian pyramids improves the quality of the output realizations, the match of the conditioning data and the computational time compared to the standard approach. The second problem concerns the preservation of the prior models during the assimilation of the production history. In order to re-parameterize the problem, we develop a new 3D grid adaptive wavelet transform, which can be used on complex reservoir grids containing dead or zero volume cells. An ensemble-based optimization method is integrated in the multi-scale history matching approach, so that an estimation of the uncertainty is obtained at the end of the optimization. This method is applied on several application examples where we observe that the final realizations better preserve the spatial distribution of the prior models and are less noisy than the realizations updated using a standard approach, while matching the production data equally well.; Dans ce travail, nous proposons de suivre une approche multi-échelles pour simuler des propriétés spatiales des réservoirs, permettant d'intégrer des données directes (observation de puits) ou indirectes (sismique et données de production) de résolutions différentes. Deux paramétrisations sont utilisées pour résoudre ce problème: les ondelettes et les pyramides gaussiennes. A l'aide de ces paramétrisations, nous démontrons les avantages de l'approche multi-échelles sur deux types de problèmes d'estimations des incertitudes basés sur la minimisation d'une distance. Le premier problème traite de la simulation de propriétés à partir d'un algorithme de géostatistique multipoints. Il est montré que l'approche multi-échelles basée sur les pyramides gaussiennes améliore la qualité des réalisations générées, respecte davantage les données et réduit les temps de calculs par rapport à l'approche standard. Le second problème traite de la préservation des modèles a priori lors de l'assimilation des données d'historique de production. Pour re-paramétriser le problème, nous développons une transformée en ondelette 3D applicable à des grilles stratigraphiques complexes de réservoir, possédant des cellules mortes ou de volume négligeable. Afin d'estimer les incertitudes liées à l'aspect mal posé du problème inverse, une méthode d'optimisation basée ensemble est intégrée dans l'approche multi-échelles de calage historique. A l'aide de plusieurs exemples d'applications, nous montrons que l'inversion multi-échelles permet de mieux préserver les modèles a priori et est moins assujettie au bruit que les approches standards, tout en respectant aussi bien les données de conditionnement.

Dislocation glide and twinning mechanisms occur and interact during plastic deformation of many materials, often leading to diverse behaviors. The role of both mechanisms on heterogeneity and anisotropy of plastic deformation is discussed in this thesis through a multiscale study of two materials with strong industrial potential: an austenitic steel displaying the TWIP (TWinning Induced Plasticity) effect, and commercially pure alpha-titanium. If in both cases, dislocation glide remains the dominating mechanism to accommodate plastic deformation, the role of each mechanism is still not well understood. Materials characterization consists of tensile tests at room temperature (macroscopic scale) associated with high resolution local extensometry and acoustic emission measurements (mesoscopic scales), as well as microstructure analyses. It is shown that plastic instability which takes place in the studied TWIP steel appears progressively, long before the critical strain for the onset of stress serrations on deformation curves. Moreover the role of twinning seems to be essential for the mechanism of plastic instability. Concerning alpha-titanium, a three-stage character of strain hardening in tension conditions is highlighted with an inverse effect of strain-rate regarding the tensile direction in relation with the initial texture (rolling or transverse direction). Twinning seems to play here only a secondary role. To explain these observations it is conjectured that the strain-rate sensitivity of stress is different for prismatic and pyramidal glide. Finally, this hypothesis is compared to the estimation of active slip systems based on the slip lines analysis at different strain levels; Les mécanismes de glissement des dislocations et de maclage se manifestent et interagissent lors de la déformation plastique de nombreux matériaux mais n’induisent cependant pas toujours le même comportement. Le rôle de ces deux mécanismes dans l’hétérogénéité et l’anisotropie de la déformation plastique est discuté dans cette thèse au travers d’une étude multi-échelles de deux matériaux à fort potentiel industriel : un acier austénitique présentant l’effet TWIP (TWinning Induced Plasticity) et le titane-alpha commercialement pur. Si dans les deux cas, le glissement des dislocations reste prépondérant pour accommoder la déformation plastique, le rôle de chaque mécanisme n’est pourtant pas clairement établi. La caractérisation de chaque matériau s’est faite grâce à des essais de traction à température ambiante (échelle macroscopique), couplés à des mesures d’extensométrie locale à haute résolution et d’émission acoustique (échelles mésoscopique) ainsi que des analyses de microstructure. Ces études ont notamment montré que l’instabilité plastique qui se manifeste dans l'acier TWIP étudié émerge de manière progressive, bien avant la déformation critique pour l’apparition des premières fluctuations de contrainte sur les courbes de déformation. Par ailleurs, le rôle du maclage apparaît comme essentiel pour pouvoir expliquer le mécanisme de cette instabilité plastique. Concernant le titane-alpha, un écrouissage en trois stades dans des conditions de traction a été mis en évidence avec un effet inverse de la vitesse de déformation suivant la direction de traction par rapport à la texture initiale (sens laminage ou transverse). Le maclage ne semble ici jouer qu’un rôle secondaire. Une hypothèse de sensibilité à la vitesse de déformation différente entre glissement prismatique et pyramidal a alors été proposée pour expliquer nos observations. Enfin, cette hypothèse a été confrontée à l’estimation des systèmes de glissement actifs par des mesures de traces de glissement à différents taux de déformation

Dislocation glide and twinning mechanisms occur and interact during plastic deformation of many materials, often leading to diverse behaviors. The role of both mechanisms on heterogeneity and anisotropy of plastic deformation is discussed in this thesis through a multiscale study of two materials with strong industrial potential: an austenitic steel displaying the TWIP (TWinning Induced Plasticity) effect, and commercially pure alpha-titanium. If in both cases, dislocation glide remains the dominating mechanism to accommodate plastic deformation, the role of each mechanism is still not well understood. Materials characterization consists of tensile tests at room temperature (macroscopic scale) associated with high resolution local extensometry and acoustic emission measurements (mesoscopic scales), as well as microstructure analyses. It is shown that plastic instability which takes place in the studied TWIP steel appears progressively, long before the critical strain for the onset of stress serrations on deformation curves. Moreover the role of twinning seems to be essential for the mechanism of plastic instability. Concerning alpha-titanium, a three-stage character of strain hardening in tension conditions is highlighted with an inverse effect of strain-rate regarding the tensile direction in relation with the initial texture (rolling or transverse direction). Twinning seems to play here only a secondary role. To explain these observations it is conjectured that the strain-rate sensitivity of stress is different for prismatic and pyramidal glide. Finally, this hypothesis is compared to the estimation of active slip systems based on the slip lines analysis at different strain levels; Les mécanismes de glissement des dislocations et de maclage se manifestent et interagissent lors de la déformation plastique de nombreux matériaux mais n’induisent cependant pas toujours le même comportement. Le rôle de ces deux mécanismes dans l’hétérogénéité et l’anisotropie de la déformation plastique est discuté dans cette thèse au travers d’une étude multi-échelles de deux matériaux à fort potentiel industriel : un acier austénitique présentant l’effet TWIP (TWinning Induced Plasticity) et le titane-alpha commercialement pur. Si dans les deux cas, le glissement des dislocations reste prépondérant pour accommoder la déformation plastique, le rôle de chaque mécanisme n’est pourtant pas clairement établi. La caractérisation de chaque matériau s’est faite grâce à des essais de traction à température ambiante (échelle macroscopique), couplés à des mesures d’extensométrie locale à haute résolution et d’émission acoustique (échelles mésoscopique) ainsi que des analyses de microstructure. Ces études ont notamment montré que l’instabilité plastique qui se manifeste dans l'acier TWIP étudié émerge de manière progressive, bien avant la déformation critique pour l’apparition des premières fluctuations de contrainte sur les courbes de déformation. Par ailleurs, le rôle du maclage apparaît comme essentiel pour pouvoir expliquer le mécanisme de cette instabilité plastique. Concernant le titane-alpha, un écrouissage en trois stades dans des conditions de traction a été mis en évidence avec un effet inverse de la vitesse de déformation suivant la direction de traction par rapport à la texture initiale (sens laminage ou transverse). Le maclage ne semble ici jouer qu’un rôle secondaire. Une hypothèse de sensibilité à la vitesse de déformation différente entre glissement prismatique et pyramidal a alors été proposée pour expliquer nos observations. Enfin, cette hypothèse a été confrontée à l’estimation des systèmes de glissement actifs par des mesures de traces de glissement à différents taux de déformation

La biodiversité, support des services écosystémiques : nécessité d'une approche multi-échelles. Les Rencontres de l'Inra au Salon de l'Agriculture

International audience

This study is based on the observation of a lack of methods enabling the integrated analysis of the processes controlling the vegetative development in Arabidopsis thaliana during multiscale phenotypic studies. A preliminary leaf growth phenotyping of 91 genotypes enabled to select 3 mutants and different variables of interest for a more in depth analysis of the shoot development. We developed a pipeline of analysis methods combining image analysis techniques and statistical models to integrate the measurements made at the leaf and shoot scales. Semi-Markov switching models were built for each genotype, allowing a more thorough characterization of the studied mutants. These models validated the hypothesis that the rosette can be structured into successive developmental phases that could change depending on the genotype. They also highlighted the structuring role of the ‘abaxial trichomes' variable, although the developmental phases cannot be explained entirely by this trait. We developed a second pipeline of analysis methods combining a semi-automatic method for segmenting leaf epidermis images, and the analysis of the obtained cell areas using a gamma mixture model whose parameters of gamma components are tied by a scaling rule. This model allowed us to estimate the mean number of endocycles. We highlighted that this mean number of endocycles was function of the leaf rank. The multi-scale pipeline of analysis methods that we developed and tested during this PhD should be sufficiently generic to be applied to other plant species in various environmental conditions., Ce travail est basé sur le constat du manque de méthodes permettant l'analyse intégrée des processus contrôlant le développement végétatif d'Arabidopsis thaliana dans les études phénotypiques multi-échelles. Un phénotypage préliminaire de la croissance foliaire de 91 génotypes a permis de sélectionner 3 mutants et des variables d'intérêt pour une étude plus poussée du développement de la pousse. Un pipeline de méthodes d'analyses combinant techniques d'analyse d'images et modèles statistiques a été développé pour intégrer les mesures faites à l'échelle de la feuille et de la pousse. Des modèles multi-phasiques à changements de régime semi-markovien ont été estimés pour chaque génotype permettant une caractérisation plus pertinente des mutants. Ces modèles ont validé l'hypothèse selon laquelle le développement de la rosette peut être découpé en une suite de phases de développement, pouvant varier selon les génotypes. Ils ont aussi mis en évidence le rôle structurant de la variable «trichome abaxial», bien que les phases de développement ne puissent être entièrement expliquées par ce trait. Un 2nd pipeline d'analyses combinant une méthode semiautomatique de segmentation d'images de l'épiderme foliaire et l'analyse des surfaces de cellules par un modèle de mélange de lois gamma à paramètres liés par une loi d'échelle a été développé. Ce modèle nous a permis d'estimer la loi du nombre de cycles d'endoréduplication. Nous avons mis en évidence que cette loi dépendait du rang de la feuille. Le cadre d'analyses multi-échelles développé et testé durant cette thèse devrait être assez générique pour être appliqué à d'autres espèces végétales dans diverses conditions environnementales.

In this work, we propose to follow a multi-scale approach for spatial reservoir properties characterization using direct (well observations) and indirect (seismic and production history) data at different resolutions. Two decompositions are used to parameterize the problem: the wavelets and the Gaussian pyramids. Using these parameterizations, we show the advantages of the multi-scale approach with two uncertainty quantification problems based on minimization. The first one concerns the simulation of property fields from a multiple points geostatistics algorithm. It is shown that the multi-scale approach based on Gaussian pyramids improves the quality of the output realizations, the match of the conditioning data and the computational time compared to the standard approach. The second problem concerns the preservation of the prior models during the assimilation of the production history. In order to re-parameterize the problem, we develop a new 3D grid adaptive wavelet transform, which can be used on complex reservoir grids containing dead or zero volume cells. An ensemble-based optimization method is integrated in the multi-scale history matching approach, so that an estimation of the uncertainty is obtained at the end of the optimization. This method is applied on several application examples where we observe that the final realizations better preserve the spatial distribution of the prior models and are less noisy than the realizations updated using a standard approach, while matching the production data equally well., Dans ce travail, nous proposons de suivre une approche multi-échelles pour simuler des propriétés spatiales des réservoirs, permettant d'intégrer des données directes (observation de puits) ou indirectes (sismique et données de production) de résolutions différentes. Deux paramétrisations sont utilisées pour résoudre ce problème: les ondelettes et les pyramides gaussiennes. A l'aide de ces paramétrisations, nous démontrons les avantages de l'approche multi-échelles sur deux types de problèmes d'estimations des incertitudes basés sur la minimisation d'une distance. Le premier problème traite de la simulation de propriétés à partir d'un algorithme de géostatistique multipoints. Il est montré que l'approche multi-échelles basée sur les pyramides gaussiennes améliore la qualité des réalisations générées, respecte davantage les données et réduit les temps de calculs par rapport à l'approche standard. Le second problème traite de la préservation des modèles a priori lors de l'assimilation des données d'historique de production. Pour re-paramétriser le problème, nous développons une transformée en ondelette 3D applicable à des grilles stratigraphiques complexes de réservoir, possédant des cellules mortes ou de volume négligeable. Afin d'estimer les incertitudes liées à l'aspect mal posé du problème inverse, une méthode d'optimisation basée ensemble est intégrée dans l'approche multi-échelles de calage historique. A l'aide de plusieurs exemples d'applications, nous montrons que l'inversion multi-échelles permet de mieux préserver les modèles a priori et est moins assujettie au bruit que les approches standards, tout en respectant aussi bien les données de conditionnement.

The vast distribution and long duration of the Late Mesozoic magmatism in the eastern part of South China presents a unique case in the world. This offers a natural laboratory to study the process of magma genesis, the magma emplacement mode, the relationship between magmatism and tectonics, the geodynamic role on the magma emplacement and lithospheric evolution. Since 50’s, particularly 90’s of the last century, geoscientists have made important efforts in geological cartography and carried out numerous studies with remarkable scientific achievements, building a solid background to understand the tectonic evolution of the South China Block (SCB). However, certain fundamental questions mentioned above remain unsolved and/or are in hot debate. In order to make progress in these scientific issues, we have carried out in a multi-disciplinary study in the Late Mesozoic Qingyang-Jiuhua massif, Hengshan massif and Fujian coastal zone according to their distance with respect to the paleo subduction zone of the Paleo-Pacific plate, the ages of granitic massifs and related tectonics, including field observation on the structure geology, micro-observation on thin section, U-Pb dating on monazite, AMS, paleomagnetism, gravity modeling and P condition concern the granite emplacement. In the view of deformation in these granitic massifs and their country rocks, mode and influence of regional tectonics on the emplacement, though each studied zone reveals its distinguished characteristics, they show some intrinsic and common relationships between them. With our new results and integrating previous data, in this thesis, we discuss the tectonic context of emplacement of these Late Mesozoic magmatic massifs and the geodynamic evolution of the SCB., We propose a 3-step geodynamic model: (1) during 145-130 Ma period, the Paleo-Pacific plate subducted northwestwardly, the West Philippines micro-continent, approaching to SCB, important subduction-related arc volcanism was produced in the coastal areas of Southeast China coast (Zhejiang-Fujian-Guangdong), forming a back-arc extension tectonic system in SCB; (2) during 130-110 Ma period, due to the collision between the West Philippines microcontinent and SCB, the compressional tectonic structures were developed in the Changle-Na’ao coastal zone, producing ductile deformation zones. However, the inland of the eastern part of SCB was under a NW-SE extensional tectonic regime; (3) during 105-90 Ma period, a new subduction zone was developed in the SE flank of the West Philippines micro-continent, the subducting slab reached the Changle-Nan’ao tectonic belt, with the possible break-off of slab, the asthenospheric ascent was responsible for the important emplacement of plutonic massifs and dykes. The tectonics of the eastern part of SCB was characterized by a general extensional system in this period. This tectonic pattern has been significantly disturbed by the Oligocene-Eocene opening of the South China sea,and the Miocene shortening of the SCB margin in Taiwan. Of course, this model should be improved by more geological, geophysical and geochemical investigations., La vaste distribution géographique et la longue durée du magmatisme au Mésozoïque supérieur (Jurassique et Crétacé) en Chine du Sud présente le cas unique dans le monde. Ceci présente un laboratoire naturel très favorable a l’étude des processus de magmatogénèse, et des modes de mise place des plutons granitiques. Il permet également d’aborder l’analyse des relations magmatisme-tectonique et les contextes géodynamiques de la mise en place de magma dans leur cadre lithosphérique. Depuis les années 50, et surtout les années 90, des scientifiques ont mis un effort important sur la cartographie géologique, mené des études pétrologiques et géochronologiques et ainsi obtenu une base solide pour la compréhension de l’évolution tectonique du Bloc de Chine du Sud (SCB). Cependant, des questions fondamentales restent encore sans réponses ou vivement débattues. Dans le but de progresser sur ces sujets fondamentaux, nous avons mené des études pluridisciplinaires sur les massifs d’âge Mésozoïque supérieur de Qingyang-Jiuhua (Province d’Anhui), Hengshan (Province de Hunan) et certains plutons affleurant dans la zone côtière du Fujian. Le choix des massifs est fonde sur leur distance variable par rapport à la paléozone de subduction, les âges comparables de ces massifs et les déformations associées. Les méthodes d’étude comprennent l’observation de terrain, l’analyse microscopique de lames minces, la datation par U-Pb de monazite, l’ASM, le paléomagnétisme, la modélisation gravimétrique et la barométrie à partir de Al-total dans l’amphibole magmatique. Bien que chaque massif présente des caractéristiques distinctes, ils partagent des points communs du point de vue de leur orientation préférentielle, de la déformation de leurs encaissants et de l’influence de la tectonique régionale sur leur mise en place, D’après nos nouveaux résultats et en intégrant les données précédentes, nous discutons dans cette thèse les contextes tectoniques de mise en place de ces massifs granitiques et l’évolution géodynamique de SCB, et proposons un scénario géodynamique en 3 étapes. (1) Pendant la période 145-130 Ma, la subduction vers le NW de la plaque Paléo-Pacifique sous le continent asiatique fait rapprocher le micro-continent de l’Ouest-Philippines avec le continent de Chine du Sud, produisant l’important magmatisme d’arc et formant un régime tectonique en extension en SCB ? Dans l’arrière-arc; (2) Pendant la période 130-110 Ma, dûe à la collision entre le micro-continent de l’Ouest Philippines et SCB, une structure compressive vers le NW a été développée dans la zone de Changle Nan’ao, produisant des déformations ductiles. Cependant, l’intérieur de la partie orientale du SCB était encore en régime tectonique extensif de direction NW-SE; (3) Pendant la période 105-90Ma, une nouvelle zone de subduction a été développée au SE du micro-continent de l’Ouest Philippines, le panneau subductant atteint la zone de Changle-Nan’ao, avec probablement des morceaux de panneau cassé, provocant l’ascension de l’asthénosphère, responsable de la mise en place d’importants massifs granitiques et de filons. La tectonique de SCB pendant cette période est caractérisée par un système tectonique d’extension générale. Ce dispositif a été significativement perturbe par l’ouverture oligo-miocène de la mer de Chine du Sud et par la compression miocène de la marge à Taiwan. Ce modèle géodynamique reste à être amélioré par de futures investigations géologiques, géophysiques et géochimiques.

Atmospheric boundary layer flows are characterized by the coexistence of a broad range of scales. These scales cover from synoptic- (100-5000 km) and meso-scales (1-100 km) up to three-dimensional micro-scale turbulence (less than a few kilometers). This multiscale nature inherent to atmospheric flows clearly determines the behaviour of the atmospheric boundary layer, whose structure and evolution are of major importance for the wind energy community. This PhD thesis is focused on the development of a numerical methodology that allows to include contribution from all the above mentioned scales, with the purpose of improving the representation of boundary layer processes. The multiscale numerical methodology is developed based on a numerical weather prediction (NWP) model, the Weather Research and Forecasting (WRF) model.Prior to the development of the multiscale numerical methodology, one-year of sonic anemometer and wind LiDAR measurements from the FINO1 offshore platform are analyzed. A comprehensive database of offshore measurements in the lowest 250 m of the boundary layer is developed after quality data check and correction for flow distortion effects by the measurement mast, allowing the characterization of the offshore conditions at FINO1. Spectral analysis of high frequency sonic anemometer measurements is used to estimate a robust averaing time for the turbulent fluxes that minimizes non-universal contributions from mesoscale structures but captures the contribution from boundary layer turbulence, employing the Ogive function concept. A stability classification of the measurements is carried out based on the Obukhov length. Results compare well to other surface layer observational studies while vertical wind speed profiles exhibit the expected stability-dependency.Although NWP models have been extensively used for weather forecasting purposes, a comprehensive analysis of its suitability to meet the wind energy requirements needs to be carried out. The applicability of the WRF mesoscale model to reproduce offshore boundary layer characteristics is evaluated and validated against field measurements from FINO1. The ability of six planetary boundary layer (PBL) parameterizations to account for stability effects is analyzed. Overall, PBL parameterizations are rather accurate in reproducing the vertical structure of the boundary layer for convective and neutral stabilities. However, difficulties are found under stable stratifications, due to the general tendency of PBL formulations to be overdiffusive and therefore, not capable to develope the strong vertical gradients found in the observations. A low-level jet and a very shallow boundary layer cases are simulated to provide further insights into the limits of the parameterizations.Large-eddy simulations (LES) based on averaged conditions from a convective episode at FINO1 are conducted to understand the mechanisms of transition and equilibration that occur in turbulent one-way nested simulations. The nonlinear backscatter and anisotropy subgrid scale model with a prognostic turbulent kinetic energy equation is found to be capable of providing similar results when performing one-way nested large-eddy simulations to a reference stand-alone domain using periodic lateral boundary conditions. A good agreement is obtained in terms of velocity shear and turbulent fluxes of heat and momentum, while velocity variances are overestimated. A considerable streamwise fetch is needed following each domain transition for appropriate energy levels to be reached at high wavelengths and for the solution to reach quasi-stationary results. A pile-up of energy is observed at low wavelengths on the first nested domain, mitigated by the inclusion of a second nested domain with higher resolution that allows the development of an appropriate turbulent energy cascade.As the final step towards developing the multiscale capabilities of WRF, the specific problem of the transition from meso- to micro-scales in atmospheric models is addressed. The challenge is to generate turbulence on inner LES domain from smooth mesoscale inflow. Several new methods are proposed to trigger the development of turbulent features. The inclusion of adequate potential temperature perturbations near the inflow boundaries of the LES domain results in a very good agreement of mean velocity profiles, variances and turbulent fluxes, as well as velocity spectra, when compared to periodic stand-alone simulations. This perturbation method allows an efficient generation of fully developed turbulence and is tested under a broad range of atmospheric stabilities: convective, neutral and stable conditions, showing successful results in all the regimes., Doctorat en Sciences de l'ingénieur, info:eu-repo/semantics/nonPublished

Natural images are complex structures. Their modeling is essential for many tasks in image processing, and progress remains to be done in this direction. Properties of self-similarity in scale were observed in the spatial organization of natural images. Beyond their spatial organization, we address here their colorimetric organization. Several tools for fractal characterization are identified and implemented. Application of these tools on the three-dimensional histograms from color images allow us to reveal and characterize fractal properties in their colorimetric organization. Furthermore, we also consider, in image synthesis, new applications of fractal concepts for color images, the control of their properties and the automatic generation of decorative patterns. Applicative collaborations have been developed during the doctoral thesis in order to valorize this work, especially in the context of the "doctorant-conseil" program, and towards the industry of textile and clothing.; Les images naturelles sont des structures complexes. Leur modélisation est essentielle à de nombreuses tâches en traitement d'images, et des progrès restent encore à réaliser dans ce sens. Des propriétés d'autosimilarité en échelle ont été observées dans l'organisation spatiale des images naturelles. Au-delà de leur organisation spatiale, nous abordons ici leur organisation colorimétrique. Différents outils de caractérisation fractale sont identifiés et mis en oeuvre. L'application de ces outils sur les histogrammes tridimensionnels des images couleur nous permet de mettre en évidence, et de caractériser, des propriétés fractales dans leur organisation colorimétrique. Par ailleurs, nous abordons aussi, en synthèse d'images, de nouvelles applications des concepts fractals pour les images couleur, le contrôle de leurs propriétés et la génération automatique de motifs décoratifs. Des collaborations applicatives ont été développées durant la thèse en vue de valoriser ces travaux, notamment dans le cadre du dispositif de doctorant-conseil, et en direction de l'industrie du textile-habillement.

Natural images are complex structures. Their modeling is essential for many tasks in image processing, and progress remains to be done in this direction. Properties of self-similarity in scale were observed in the spatial organization of natural images. Beyond their spatial organization, we address here their colorimetric organization. Several tools for fractal characterization are identified and implemented. Application of these tools on the three-dimensional histograms from color images allow us to reveal and characterize fractal properties in their colorimetric organization. Furthermore, we also consider, in image synthesis, new applications of fractal concepts for color images, the control of their properties and the automatic generation of decorative patterns. Applicative collaborations have been developed during the doctoral thesis in order to valorize this work, especially in the context of the "doctorant-conseil" program, and towards the industry of textile and clothing., Les images naturelles sont des structures complexes. Leur modélisation est essentielle à de nombreuses tâches en traitement d'images, et des progrès restent encore à réaliser dans ce sens. Des propriétés d'autosimilarité en échelle ont été observées dans l'organisation spatiale des images naturelles. Au-delà de leur organisation spatiale, nous abordons ici leur organisation colorimétrique. Différents outils de caractérisation fractale sont identifiés et mis en oeuvre. L'application de ces outils sur les histogrammes tridimensionnels des images couleur nous permet de mettre en évidence, et de caractériser, des propriétés fractales dans leur organisation colorimétrique. Par ailleurs, nous abordons aussi, en synthèse d'images, de nouvelles applications des concepts fractals pour les images couleur, le contrôle de leurs propriétés et la génération automatique de motifs décoratifs. Des collaborations applicatives ont été développées durant la thèse en vue de valoriser ces travaux, notamment dans le cadre du dispositif de doctorant-conseil, et en direction de l'industrie du textile-habillement.

Natural polymers seem to be more and more a credible alternative for many applications such as technical or biomedical applications. They have evident qualities such as modularity, durability, and usually biocompatibility. Nevertheless a detailed understanding of the mechanisms governing the behaviour of these materials is difficult and usually incomplete. This study deals with the understanding of the relationship between the mechanical behaviour and microstructure of silk fibres. Precise mechanical characterization has been carried out, sometimes with original experiments such as the association of a mechanical testing machine and electronic microscopy. Hence, it has been shown that silk presents a composite behaviour and all its constituents are important explaining the mechanical behaviour of industrial silk yarns. This behaviour has been described under different atmospheric conditions of temperature and humidity. This characterization has been linked with a microstructural description using X-ray diffraction and Raman spectroscopy techniques. Notably, Raman spectrometry has been associated with an in situ mechanical tester machine. This has permitted a discussion about the link between microstructure and mechanical behaviour. In this way, it has been proved that it is possible to control microstructure and mechanical behaviour using biotechnologic methods at the genetic level. This opens new ways for promising improvements for such material. Finally, a model has been developed, which is simple but effective, based on a physical description of the material. This has validated the advances, made in this study, into the understanding of silk. These results are expected to encourage other numerical studies on assemblies, in order to bring a new point of view about industrial products.; Les polymères naturels présentent de plus en plus une alternative crédible pour de nombreuses applications techniques et biomédicales. Ils possèdent des qualités de modularité, de durabilité, souvent de biocompatibilité, qui leurs sont propres. Mais la compréhension détaillée des mécanismes qui gouvernent le comportement de tels matériaux est difficile et reste souvent incomplète. Cette étude a cherché à mieux comprendre le lien qui existe entre le comportement mécanique et la microstructure pour la fibre de soie. Une caractérisation minutieuse du comportement mécanique a donc été effectuée par des moyens parfois originaux comme l'association entre une machine de traction et une observation en microscopie électronique. Il a ainsi été montré l'aspect composite du fil de soie industriel et l'importance des différents éléments constitutifs de la soie. Le comportement de la fibre a également été décrit dans différentes conditions atmosphériques d'humidité et de température. Cette caractérisation s'est accompagnée d'une description de la microstructure en utilisant des techniques telles que la diffraction aux rayons X et la spectrométrie Raman. Notamment, la spectrométrie Raman a pu être associée à une traction in situ. Ceci a permis d'établir des liens entre mécanique et microstructure. Il a ainsi été prouvé notre capacité à modifier la microstructure et le comportement mécanique de la soie par voie biotechnologique en modifiant le génome du Bombyx mori. Ce qui ouvre une nouvelle voie d'innovation prometteuse pour améliorer ce type de matériau. Enfin, une modélisation simple mais robuste basée sur une description physique du matériau a permis de valider les avancées faites quant à la compréhension de ce polymère. Le comportement en environnement contrôlé a été étudié. Ces résultats pourraient alimenter des études numériques sur des assemblages, plus proches du produit fini.

The fire behaviour of polyether polyurethane foam has been studied at three scales: matter scale, small scale and product scale. A method to determine the thermal decomposition mechanism of materials was defined at the matter scale. This method is based on the analysis of the mass-loss rate (solid phase) and gas release (gas phase) obtained in thermogravimetric analysis coupled to FTIR gas analysis. Using a model and genetic algorithms, the kinetic parameters of the decomposition process were calculated, which allowed an accurate prediction of the mass-loss rate. Measurements of heat release rate and gas release were carried out in cone calorimeter coupled to gas analysers (small scale). This data as well as the results from the model were used as input data for the numerical simulation of fire behaviour. This study highlighted that some improvements need to be carried out to the simulation codes. Measurements of heat release rate and mass-loss rate were also performed during the fire of a simplified piece of upholstered furniture (product scale). It was pointed out that the decomposition mechanism of the foam remains unchanged independently of the scale analysed.; L'amélioration de la sécurité incendie au sein de l'habitat est un des principaux objectifs de la recherche actuelle. En effet, chaque année, un grand nombre de feux sont déclarés, générant la perte de nombreuses vies humaines, de fortes pertes financières, l'endommagement des structures et la pollution de l'environnement. Face à cette problématique, on remarque qu'un grand nombre de pays d'Europe possèdent une législation très pauvre vis-à-vis de la protection incendie dans l'habitat. Historiquement, les bâtiments ont été dessinés suivant des obligations prescriptives. La tendance de l'ingénierie de la sécurité incendie (Fire Safety Engineering, FSE selon le sigle Anglais) a changé amplement pendant la dernière décennie : des groupes de recherche dans le domaine de l'incendie ont mis au point les principes du design fondé sur la performance (Performance Building Design, PBD en Anglais). Le PBD a permis une approche de la sécurité incendie fondée sur la prédiction du comportement d'un incendie dans des scénarios donnés, en utilisant des outils numériques d'ingénierie. L'approche PBD de FSE est une méthodologie qui a été initialement développée pour les établissements recevant du public, toutefois peu à peu cette approche commence à être utilisée dans tout type d'habitat. La prédiction du comportement d'un incendie nécessite le calcul du débit calorifique (Heat Release Rate, HRR en Anglais) qui est la grandeur physique utilisée pour la mesure de la puissance d'un feu. En ingénierie, le HRR est indispensable à l'estimation de la sévérité du sinistre et des possibles endommagements causés dans un scénario donné. Sa détermination dépend des combustibles présents lors de l'incendie ainsi que de l'environnement du sinistre. La prédiction du HRR est réalisée à l'aide des codes de simulation numérique de l'incendie. Ceux-ci sont un assemblage de plusieurs sous modèles dont chacun calcule un ensemble des phénomènes présents dans la combustion p. ex. la pyrolyse, le rayonnement, la turbulence, etc. 8 La capacité à prédire correctement le HRR est limitée par les calculs très simplifiés du processus de décomposition thermique des solides. La décomposition est notamment dépendante des processus diffusifs et chimiques mis en jeu dans la zone comprise entre le solide et la flamme, lesquels ne sont pas modélisés de façon rigoureuse. Par le passé, plusieurs études expérimentales ont permis de mesurer le HRR d'un certain nombre de produits, cependant, ils ne contribuent pas à la compréhension de la physique du processus de décomposition de la matrice solide, donnée pourtant essentielle car source des espèces volatiles et du débit massique du combustible. En effet, un grand nombre de simulations trouvées dans la littérature font une approche empirique de la production de fuel ou considèrent une seule étape de décomposition. C'est dans ce contexte que prend place la présente étude qui vise à caractériser la cinétique de décomposition de combustibles solides et de formation des espèces volatiles : les changements survenus dans la phase solide sont pris en compte ensemble avec ceux de la phase gazeuse (dégagement d'espèces). La détermination du mécanisme de décomposition est une tâche fondamentale de l'analyse thermique. Le mécanisme doit considérer la succession des transformations de la matière pendant la gazéification des solides. Cette succession inclus les échantillons vierges ainsi que ceux qui ont déjà souffert des attaques thermiques (sous produits des étapes de décomposition). Le mécanisme de décomposition constitue une des principales données d'entrée de la grande majorité de modèles de décomposition thermique. Cette recherche tient compte de la décomposition thermique d'une mousse polyéther polyuréthane (PPUF) à trois échelles différentes. Chaque échelle caractérise le comportement au feu d'une masse différente de mousse et est concentrée sur l'étude de phénomènes particuliers : · L'échelle matière permet l'analyse du comportement d'échantillons avec des masses proches d'un milligramme. À l'échelle matière, les effets de transfert de chaleur et des espèces sont minimisés et l'effet de l'augmentation de la température du solide peut être étudié précisément. L'échantillon est considéré comme une particule de masse et de dimension négligeables, de sorte que sa température soit homogène. · La petite échelle permet l'analyse des échantillons avec des masses proches de dix grammes. À l'échelle matière des gradients de transfert de chaleur et d'espèces existent. L'échantillon est irradié seulement par une des surfaces, produisant ainsi 9 le déplacement du front de décomposition. La combustion de matériaux polymériques est complexe et concerne souvent des processus simultanés tels que la pyrolyse, la décomposition oxydative et le processus de combustion avec présence de flamme. · L'échelle produit concerne des échantillons avec des masses proches d'un kilogramme. À cette échelle, la géométrie et le positionnement d'un produit ont un rôle fondamental dans la croissance du feu. La ventilation (la disponibilité d'oxygène et la turbulence) affecte également le processus de combustion. L'échelle produit montre le comportement au feu d'une mousse dans des conditions d'utilisation proches de celles de la réalité. Les résultats obtenus dans cette recherche vérifient que le mécanisme de décomposition reste inchangé indépendamment de l'échelle. Dans la littérature, ces trois échelles n'ont jamais été considérées ensemble. Généralement, chaque échelle est considérée indépendamment et les chercheurs restent concentrés sur les phénomènes observés à l'échelle étudiée. De plus, les résultats de l'échelle matière sont souvent extrapolés à l'échelle produit. Toutefois, les phénomènes supplémentaires qui apparaissent entre une échelle et l'autre ne sont pas pris en compte, engendrant une grande incertitude dans la prédiction des résultats. Cette recherche propose une contribution vis-à-vis de l'intégration verticale des résultats obtenus dans les trois échelles. L'intégration verticale signifie explorer la possibilité d'identifier quelles propriétés de la matière doivent être mesurées et fournies en tant que données d'entrée des codes de simulation incendie afin de pouvoir prédire la décomposition thermique des solides. Ces travaux constituent un pas dans une vision globale de la science des matériaux qui permettrait une prédiction très juste du comportement au feu des solides à diverses échelles tout en utilisant principalement des mesures menées à l'échelle matière et la petite échelle. La cinétique de la décomposition a été étudié à la petite échelle grâce à des analyses thermogravimétriques (TGA). Cette technique a permis de mettre en évidence le nombre d'étapes, les espèces qui entrent en réaction et de détailler le mécanisme de réaction. En outre, des algorithmes génétiques ont été utilisés pour calculer les paramètres cinétiques optimum qui permettent de prédire le changement de la masse d'un échantillon en fonction de la température. Selon la démarche à échelle croissante décrite ci-dessus, les propriétés thermiques ainsi que les paramètres cinétiques de la 10 décomposition du PPUF ont été utilisés comme données d'entrée dans un code de simulation incendie. Les simulations ont été réalisées avec le code de calcul le plus amplement utilisé dans le monde, Fire Dynamics Simulator (FDS V 5.3). Les simulations tentent de prédire le comportement du PPUF en cône calorimètre (petite échelle). Un faible calage entre les courbes de changement de la masse expérimentales et numériques a été observé. Une grande incertitude vis-à-vis de la façon d'introduire les données d'entrée a été identifiée ainsi que de leur interprétation. Des possibles voies d'amélioration des modèles de pyrolyse ont été proposées.

During a forging process, components undergo complex large strains. As a consequence, the microscopic is not homogeneous and the macroscopic behavior of the final component is not isotropic; it varies with different loading conditions and directions. The goal of this study is to take into account this anisotropy in high cycle fatigue simulations on industrial components on the basis of forging output. Standard high cycle fatigue criteria predict efficiently the resistance of isotropic components but are not suitable for anisotropic components. The aim is to represent explicitly this anisotropy at a lower scale compared to the process scale and well identified local coefficients needed to simulate a real case. Thus, from stochastic experimental data, a very realistic microstructure can be reconstructed in order to perform high cycle fatigue simulations for different orientations. By this means, the local mechanical anisotropy is included and local parameters, which are needed to optimize back the forging process, can be determined. The link between these data and the process scale is, as a first approximation, the fiber vector and the kneading coefficient, which can later be used to calculate global mechanical anisotropy. The results can be integrated in global optimization loops to determine, for instance, the relevant preform of the component.; Durant le procédé de forgeage, la pièce subit des déformations complexes et importantes. Ainsi, la microstructure finale n'est pas homogène, et le comportement macroscopique du matériau change selon la direction de sollicitation. Ce phénomène, directement lié au procédé mécanique de mise en forme constitue, l'anisotropie du comportement de la pièce forgée. Le but de cette étude est de relier cette anisotropie à des calculs de fatigue à grand nombre de cycles. Pour des pièces suffisamment isotropes (des pièces coulées par exemple), les critères classiques sont de bons prédicteurs, mais leur utilisation pour des pièces forgées n'est pas recommandée. Ainsi, pour tenir compte de cet effet, l'anisotropie est représentée à une échelle d'étude plus petite que celle du procédé : l'échelle mésoscopique c'est à dire l'échelle du grain. A partir des données statistiques obtenues sur la pièce réelle, nous pouvons reconstruire un volume élémentaire digital et lui faire subir des déformations et des analyses en fatigue dans toutes les directions. Ceci afin de déterminer les coefficients locaux dont nous avons besoin pour revenir sur la simulation de la mise en forme et des propriétés induites en fatigue de la pièce forgée. Il s'agit donc d'une étude multi-échelles reliant l'échelle de la microstructure à celle de l'ingénieur. Par ce biais, l'anisotropie mécanique locale est prise en compte à travers des paramètres locaux qui dépendent de l'orientation de la microstructure mais aussi du taux de déformation. Les liens avec la pièce industrielle sont un vecteur fibrage (qui donne l'anisotropie induite par le procédé de forgeage) et un taux de déformation locale subie. Ainsi, les résultats peuvent être utilisées dans l'optique d'optimiser la préforme du composant pour optimiser sa tenue en fatigue.

The fire behaviour of polyether polyurethane foam has been studied at three scales: matter scale, small scale and product scale. A method to determine the thermal decomposition mechanism of materials was defined at the matter scale. This method is based on the analysis of the mass-loss rate (solid phase) and gas release (gas phase) obtained in thermogravimetric analysis coupled to FTIR gas analysis. Using a model and genetic algorithms, the kinetic parameters of the decomposition process were calculated, which allowed an accurate prediction of the mass-loss rate. Measurements of heat release rate and gas release were carried out in cone calorimeter coupled to gas analysers (small scale). This data as well as the results from the model were used as input data for the numerical simulation of fire behaviour. This study highlighted that some improvements need to be carried out to the simulation codes. Measurements of heat release rate and mass-loss rate were also performed during the fire of a simplified piece of upholstered furniture (product scale). It was pointed out that the decomposition mechanism of the foam remains unchanged independently of the scale analysed., L'amélioration de la sécurité incendie au sein de l'habitat est un des principaux objectifs de la recherche actuelle. En effet, chaque année, un grand nombre de feux sont déclarés, générant la perte de nombreuses vies humaines, de fortes pertes financières, l'endommagement des structures et la pollution de l'environnement. Face à cette problématique, on remarque qu'un grand nombre de pays d'Europe possèdent une législation très pauvre vis-à-vis de la protection incendie dans l'habitat. Historiquement, les bâtiments ont été dessinés suivant des obligations prescriptives. La tendance de l'ingénierie de la sécurité incendie (Fire Safety Engineering, FSE selon le sigle Anglais) a changé amplement pendant la dernière décennie : des groupes de recherche dans le domaine de l'incendie ont mis au point les principes du design fondé sur la performance (Performance Building Design, PBD en Anglais). Le PBD a permis une approche de la sécurité incendie fondée sur la prédiction du comportement d'un incendie dans des scénarios donnés, en utilisant des outils numériques d'ingénierie. L'approche PBD de FSE est une méthodologie qui a été initialement développée pour les établissements recevant du public, toutefois peu à peu cette approche commence à être utilisée dans tout type d'habitat. La prédiction du comportement d'un incendie nécessite le calcul du débit calorifique (Heat Release Rate, HRR en Anglais) qui est la grandeur physique utilisée pour la mesure de la puissance d'un feu. En ingénierie, le HRR est indispensable à l'estimation de la sévérité du sinistre et des possibles endommagements causés dans un scénario donné. Sa détermination dépend des combustibles présents lors de l'incendie ainsi que de l'environnement du sinistre. La prédiction du HRR est réalisée à l'aide des codes de simulation numérique de l'incendie. Ceux-ci sont un assemblage de plusieurs sous modèles dont chacun calcule un ensemble des phénomènes présents dans la combustion p. ex. la pyrolyse, le rayonnement, la turbulence, etc. 8 La capacité à prédire correctement le HRR est limitée par les calculs très simplifiés du processus de décomposition thermique des solides. La décomposition est notamment dépendante des processus diffusifs et chimiques mis en jeu dans la zone comprise entre le solide et la flamme, lesquels ne sont pas modélisés de façon rigoureuse. Par le passé, plusieurs études expérimentales ont permis de mesurer le HRR d'un certain nombre de produits, cependant, ils ne contribuent pas à la compréhension de la physique du processus de décomposition de la matrice solide, donnée pourtant essentielle car source des espèces volatiles et du débit massique du combustible. En effet, un grand nombre de simulations trouvées dans la littérature font une approche empirique de la production de fuel ou considèrent une seule étape de décomposition. C'est dans ce contexte que prend place la présente étude qui vise à caractériser la cinétique de décomposition de combustibles solides et de formation des espèces volatiles : les changements survenus dans la phase solide sont pris en compte ensemble avec ceux de la phase gazeuse (dégagement d'espèces). La détermination du mécanisme de décomposition est une tâche fondamentale de l'analyse thermique. Le mécanisme doit considérer la succession des transformations de la matière pendant la gazéification des solides. Cette succession inclus les échantillons vierges ainsi que ceux qui ont déjà souffert des attaques thermiques (sous produits des étapes de décomposition). Le mécanisme de décomposition constitue une des principales données d'entrée de la grande majorité de modèles de décomposition thermique. Cette recherche tient compte de la décomposition thermique d'une mousse polyéther polyuréthane (PPUF) à trois échelles différentes. Chaque échelle caractérise le comportement au feu d'une masse différente de mousse et est concentrée sur l'étude de phénomènes particuliers : · L'échelle matière permet l'analyse du comportement d'échantillons avec des masses proches d'un milligramme. À l'échelle matière, les effets de transfert de chaleur et des espèces sont minimisés et l'effet de l'augmentation de la température du solide peut être étudié précisément. L'échantillon est considéré comme une particule de masse et de dimension négligeables, de sorte que sa température soit homogène. · La petite échelle permet l'analyse des échantillons avec des masses proches de dix grammes. À l'échelle matière des gradients de transfert de chaleur et d'espèces existent. L'échantillon est irradié seulement par une des surfaces, produisant ainsi 9 le déplacement du front de décomposition. La combustion de matériaux polymériques est complexe et concerne souvent des processus simultanés tels que la pyrolyse, la décomposition oxydative et le processus de combustion avec présence de flamme. · L'échelle produit concerne des échantillons avec des masses proches d'un kilogramme. À cette échelle, la géométrie et le positionnement d'un produit ont un rôle fondamental dans la croissance du feu. La ventilation (la disponibilité d'oxygène et la turbulence) affecte également le processus de combustion. L'échelle produit montre le comportement au feu d'une mousse dans des conditions d'utilisation proches de celles de la réalité. Les résultats obtenus dans cette recherche vérifient que le mécanisme de décomposition reste inchangé indépendamment de l'échelle. Dans la littérature, ces trois échelles n'ont jamais été considérées ensemble. Généralement, chaque échelle est considérée indépendamment et les chercheurs restent concentrés sur les phénomènes observés à l'échelle étudiée. De plus, les résultats de l'échelle matière sont souvent extrapolés à l'échelle produit. Toutefois, les phénomènes supplémentaires qui apparaissent entre une échelle et l'autre ne sont pas pris en compte, engendrant une grande incertitude dans la prédiction des résultats. Cette recherche propose une contribution vis-à-vis de l'intégration verticale des résultats obtenus dans les trois échelles. L'intégration verticale signifie explorer la possibilité d'identifier quelles propriétés de la matière doivent être mesurées et fournies en tant que données d'entrée des codes de simulation incendie afin de pouvoir prédire la décomposition thermique des solides. Ces travaux constituent un pas dans une vision globale de la science des matériaux qui permettrait une prédiction très juste du comportement au feu des solides à diverses échelles tout en utilisant principalement des mesures menées à l'échelle matière et la petite échelle. La cinétique de la décomposition a été étudié à la petite échelle grâce à des analyses thermogravimétriques (TGA). Cette technique a permis de mettre en évidence le nombre d'étapes, les espèces qui entrent en réaction et de détailler le mécanisme de réaction. En outre, des algorithmes génétiques ont été utilisés pour calculer les paramètres cinétiques optimum qui permettent de prédire le changement de la masse d'un échantillon en fonction de la température. Selon la démarche à échelle croissante décrite ci-dessus, les propriétés thermiques ainsi que les paramètres cinétiques de la 10 décomposition du PPUF ont été utilisés comme données d'entrée dans un code de simulation incendie. Les simulations ont été réalisées avec le code de calcul le plus amplement utilisé dans le monde, Fire Dynamics Simulator (FDS V 5.3). Les simulations tentent de prédire le comportement du PPUF en cône calorimètre (petite échelle). Un faible calage entre les courbes de changement de la masse expérimentales et numériques a été observé. Une grande incertitude vis-à-vis de la façon d'introduire les données d'entrée a été identifiée ainsi que de leur interprétation. Des possibles voies d'amélioration des modèles de pyrolyse ont été proposées.

The yield stress of crystalline materials depends on the grain size accordhg to the Hall-Petch relationship. In this work, a multi scale modeling of the effect of size using the generalized self-cbnsistent method will be presented in order to predict the viscoplastic behavior of nanocrystalline materials. In our step, one,models the supposed active mechanisms separately in the nanomatenals. in the models thus worked out, inclusion iegresents the grain core and the matrix represents the grain boundaries and triple junctions. Various approaches will be discussed and studied in order to mode1 the abnormal behavior of the nanocrystalline materials. 'We will study the dislocation glide mechanism as well as Coble creep the emission and penetration mechanism of dislocations by the grain boundaries and finally the grain boundaries sliding mechanism where the interface grain corelgrain boundary plays a considerable part of the slip which can generate the damage of the interface by stick-slip mechanism; La contrainte d'écoulement des matériaux cristallins dépend de la taille des grains selon la loi de Hall-Petch. Dans ce travail, une modélisation multiéchelle de l'effet de taille utilisant la méthode autocohérente généralisée sera présentée en vue de prédire le comportement viscoplastique d'un matériau nanocristallin cubique à face centrée. Dans notre démarche, on modélise séparément les mécanismes supposés actifs dans les nanomatériaux ce qui permet d'augmenter graduellement le raffinements de nos approches. Dans les modèles ainsi élaborés, l'inclusion représente le coeur du grain et la matrice représente le joint du grain et les triples jonctions réunis. Différentes approches seront discutées et étudiées afin de modéliser le comportement dit anormal des nanomatériaux. Nous verrons en particuliers le mécanisme de déformation plastique basée sur le glissement des dislocations, la diffusion de lacunes, le mécanisme d'émission et de pénétration de dislocations par les joints de grains et enfin le mécanisme de glissement des joints de grains où l'interface grain/joint de grains joue un rôle considérable lors du glissement pouvant engendrer la décohésion de l?interface par le mécanisme de stick-slip