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We present a new approach to model complex systems using a generalization of Vehulst’s equations, originally used for population growth, and which allow continuous modeling of discrete systems. Complex systems and their evolution are then broken down into a finite sum of these processes and identified by machine learning. A first application is proposed in the modeling of the SARS-COV2 epidemic, with the breakdown of the first waves into the number of cases or deaths in different countries. Certain peculiar phenomena, such as the arrival of a confinement, can explain the use of such sums to reconstruct the whole phenomenon. A second application concerns composite materials, and in particular, the fragmentation test, for which the same type of approach makes it possible to rebuild the test results and to easily identify the interfacial behavior between the fibers and the matrix. On the same principle, the damage evolution of a specimen during a tensile test will be modeled by finite sums of the fragmentation for each fiber.; On présente une nouvelle approche de la modélisation de systèmes complexes utilisant une généralisation des équations de Verhulst, initialement utilisées pour la croissance de population et qui permettent une modélisation continue de systèmes discrets. Les systèmes complexes et leur évolution sont alors décomposés en somme finie de ces processus et identifiés par machine learning. Une première application est proposée dans la modélisation de l’épidémie de SARS-COV2, avec la décomposition des premières vagues en nombre de cas et de décès dans différents pays. Certains phénomènes particuliers, comme l’arrivée d’un confinement, peuvent expliquer l’utilisation de telles sommes afin de reconstruire le phénomène dans son ensemble. Une seconde application concerne les matériaux composites et en particulier, l’essai de fragmentation, pour lequel le même type d’approche permet de reconstruire les résultats d’essais et d’identifier aisément les comportements interfaciaux entre les fibres et la matrice. Sur le même principe, l’endommagement d’un composite en traction sera alors modélisé par des sommes finies des fragmentations pour chaque fibre.

Parmi les dispositifs illustrant les interactions entre les humains, l’attention peut se porter sur des configurations de jeux, des mises en scènes de jeu, voire leur prolongement dans la description d’interactions entre des joueurs. Il en est de même concernant les relations des humains avec les robots. Ces interactions se singularisent lors d’expérimentations de laboratoire, mais aussi à l’occasion de challenges technologiques. Sous leurs multiples aspects, ces pratiques reposent sur des dispositifs de simulation semblables à des jeux mis en scènes. Dans un premier temps, simuler peut signifier jouer : au sens de la manipulation d’un instrument ou d’un masque, ou selon la représentation d’un rôle ou d’un personnage, telle la participation d’un joueur, certains robots peuvent ainsi pousser les apparences et personnifier l’interaction. Jouer machinalement, distraitement ou arbitrairement avec certains robots correspond à la mise en tension d’enjeux de représentation, du contrôle et de leur individuation, au point de se faire à soi-même illusion et de se tromper soi-même. Dans un second temps, en poussant l’équivoque, jouer peut signifier faire diversion : se divertir pour essayer d’en tirer un avantage, de miser ou de se hasarder sur une situation ou les différentes combinaisons d’un face-à-face, d’une partie ou d’un coup. D’un point de vue méthodologique, cette étude permet la valorisation essentielle de la notion de « jeu ». Son analyse permet ainsi d’envisager la notion de design d’interaction selon la construction de ces rapports de jeu. Ainsi, les interactions avec les robots, introduisent les enjeux de la conception du design de nouveaux rapports interspécifiques. L’étude de la géométrie des rapports d’interaction y est abordée à propos de la relation des protagonistes tels des joueurs de Go et d’échecs, face à des machines capables de relever de nouveaux défis. Véritable préambule au design d’interaction des robots, ces programmations de mouvements stratégiques ou corporels basées sur des expérimentations techniques et sportives touchent aux comportements relatifs à l’attente, à l’attention et aux 2 possibilités de simulation d’intentions chez les robots, à partir de la simulation de postures et de mouvements, considérant les biais artificiels de la connexion. Bien au-delà d’une compilation d’observations soumises à l’interprétation, c’est le dispositif de l’expérience même, face à de nouveaux types d’interactions avec des machines, qui est placé au cœur de cette recherche, espérant qu’elle rende visible tout un monde qui viendra peut-être, et dont les « scènes » primordiales commencent à être soigneusement dessinées. Among devices illustrating interactions between humans, attention can be focused on game configurations, game scenarios, or even their extension in the description of interactions between players. The same is true for the relationship of humans with robots. These interactions stand out during laboratory experiments, but also during technological challenges. In their multiple aspects, these practices are based on simulation devices similar to staged games. At first, “to simulate” can mean “to play” in the sense of manipulating an instrument or a mask, or according to the representation of a role or a character, such as the participation of a player. Some robots can thus push the appearances and personify interaction. Playing mechanically, distractedly or arbitrarily with certain robots corresponds to the tension between issues of representation, control and their individuation, to the point of deceiving oneself. In a second step, by pushing the ambiguity, playing can mean creating a diversion: having fun to try to take advantage of it, to bet or to risk oneself on a situation or the different combinations of a face-to-face, in part or at once. From a methodological point of view, this study allows the essential valuation of the notion of “game”. Its analysis makes possible to consider the notion of interaction design according to the construction of these game relationships. Thus, interactions with robots introduce the challenges of the design of new interspecific relationships. The study of the geometry of interaction relationships is presented there as the relationship of the protagonists such as Go and chess players, facing machines capable of taking up challenges. True preamble to robot interaction design, these programming of strategic or bodily movements based on technical and challenging experiments concerned with elements related to expectation, attention and the possibilities of simulating intentions in robots, from the simulation of postures and movements, considering artificial biases of connection. Far beyond a compilation of observations subject to interpretation, it is the device of the experiment itself, faced with new types of interactions with machines, which is placed at the heart of this research, hope that it makes visible a whole world that may come, and whose primordial “scenes” are beginning to be drawn appropriately.

À travers une ethnographie de l’apprentissage du tissage dans les écoles-ateliers, les associations culturelles et les fondations qui constituent aujourd’hui le seul cadre de transmission de cette technique en Italie, cette étude propose une écologie des savoirs et des pratiques au sein de la communauté des tisserands. Il s’agira, d’une part, de montrer que la pratique du métier confronte l’élève à une mécanique complexe, composée de plusieurs enchaînements et combinaisons gestuels et opératoires, pans de l’objet technique qu’il peine à se représenter ; d’autre part, d’interroger la dimension située du « savoir tisser », entre savoirs formels et informels, à l’aune de la relation qui, lors de l’apprentissage, s’instaure entre le métier, l’élève et le tissu. Through the ethnography of the learning of weaving in schools/workshops, cultural associations, and foundations, which today constitute the only framework for the transmission of this technique in Italy, this paper addresses the ecology of knowledge and practices within the weavers’ community. It aims, on the one hand, to show that the practice of the loom brings the student face to face with a complex mechanism composed of several gestural and operative sequences and combinations, parts of the technical object which he finds difficult to represent; on the other hand, to question the situated dimension of “knowing how to weave”, between formal and informal knowledge in the light of the relationship that, during the apprenticeship, is established between the loom, the student and the fabric.

International audience; L'utilisation des granulats recyclés dans l'élaboration des bétons et mortiers est une solution très attractive pour diminuer l'impact environnemental du secteur de la construction, notamment, la surexploitation des ressources naturelles granulaires et les quantités importantes des déchets de déconstruction. D'autres initiatives sont proposées pour diminuer le coût économique et environnemental du secteur de bâtiment comme l'impression 3D permettant de proposer à la fois un nouveau mode de construction et un procédé de mise en oeuvre des bétons. Malgré les avantages de l'impression 3D, l'utilisation de quantités importantes de ciment et de sable reste un inconvénient majeur. L'enjeu ici est d'utiliser des sables recyclés pour les mortiers et bétons imprimables. En effet, le comportement des granulats recyclés et la robustesse des formulations des matériaux sont liés à leur capacité d'absorption importante et la quantité de pâte de ciment adhérente. L'objectif est d'étudier le comportement à l'état durci des mortiers à base de sable recyclé fin pour à la fois caractériser les matériaux et valider la méthodologie de formulation des mortiers imprimables. La démarche consiste à remplacer le volume de sable naturel par un sable recyclé avec un volume de pâte constant. Deux mortiers à base de sable recyclé sont considérés en comparaison avec celui à base de sable naturel. Ce travail s'inscrit dans le cadre du projet Interreg CIRMAP, qui s'intéresse à développer des mortiers imprimables à base de granulats recyclés fin par impression 3D pour la fabrication de mobilier urbain. Les résultats montrent l'efficacité de la méthode de formulation utilisée, et l'effet du sable recyclé sur les propriétés physiques et mécaniques des mortiers.

What explains the rigidity of a material? The answer, in most cases, lies in the microscopic stiffness of their components. However, in the 18th century, Maxwell understood that materials made of stiff constituents may exhibit soft modes depending on a macroscopic quantity: the number of degrees of freedom and constraints. Two centuries later we can understand this softness as a topological property.This thesis explores the concept of rigidity from a topological lens. First, I explore the consequences of Maxwell’s realization on networks of beads and springs. These systems enjoy an often overlooked symmetry known as chiral symmetry. I exploit this symmetry to define a new material property, the chiral polarization, encoding both the geometry and topology of the material. It distinguishes between distinct topological phases and also probes their softness by locating zero-energy modes. We confirm these findings by experimentally measuring the chiral polarization on several mechanical metamaterials, without resorting to any low-energy model.In the second part, I analyze the connection between a different topological property, non-orientability, and the location of highly stiff regions in an otherwise homogeneous system. Inspired by the relation between global frustration and non-orientability, I describe a unifying framework explaining the topological origin of the rigidity of non-orientable soft surfaces and frustrated mechanical metamaterials. Their common denominator corresponds to the non-orientability of their deformation bundles. Through experiments and simulations, we confirm the existence of topologically protected undeformable nodes and lines, and explore their non-commutative responses, paving the way to designing robust and functional mechanical metamaterials.; Comment expliquer la rigidité d’un matériau? Dans la plus part des cas grâce à la raideur microscopique de ses composants. Néanmoins, au 18ème siècle, Maxwell comprit que certains matériaux construits à partir de constituants rigides, peuvent posséder des modes de déformations mous. Ils en fait le comptage à partir d’une quantité macroscopique: le nombre de degrés de liberté et de restrictions. Deux siècles plus tard, nous comprenons cette souplesse comme un propriété topologique.Cette thèse explore le concept de rigidité du point de vue topologique. Premièrement, j’explore les conséquences de la réalisation de Maxwell sur des réseaux de billes et ressorts. Ces systèmes possèdent une symétrie souvent négligée : la symétrie chirale. J’exploite cette symétrie pour définir une nouvelle propriété de matériau, la polarisation chirale, codant à la fois la géométrie et la topologie du système. Cette polarisation distingue des phases topologiques distinctes et permet de sonder leur souplesse en localisant les modes d'énergie nulle. Nous confirmons ces résultats grâces à des mesures expérimentales de la polarisation chirale sur plusieurs métamatériaux mécaniques sans recourir priori à quelque modèle de basse énergie. Dans la deuxième partie, j’analyse le rapport entre non-orientabilité et la rigidité des certains métamatériaux. J’établis un lien étroit entre non-orientabilité et frustration, et décris un cadre général permettant d’expliquer l’origine topologique de la rigidité des surfaces élastiques non-orientables et des métamatériaux frustrés. Leur point commun est la non-orientabilité des leurs fibrés de déformations. En utilisant des expériences et des simulations, nous confirmons l’existence de points et lignes rigides topologiquement protégés, et nous explorons leur réponses non-commutatives, ouvrant la voie à la conception de métamatériaux mécaniques robustes et fonctionnels.

A model for the mechanical behavior of fiber-reinforced concrete is developed and implemented in Cast3m finite element software. It completes the orthotropic concrete cracking model Fluendo3D, by adding the ability to treat materials with short, cylindrical and straight fibers. This model, which is based on tests and models from the literature, provides elements of understanding of the behavior of this type of material, especially concerning the phenomenon of multi-cracking. The characterization of the phenomena involved during the extraction of the fibers is the starting point of this study. The effects of the inclination of the fibers with respect to the direction of extraction are taken into account and intervene in the behavior of the model which presents the capacity to use preferential orientations of fibers. The multi-cracking phenomenon is represented by a Weibull scaling law that allows to take into account the dispersion of the concrete tensile strengths and to explain the development of multi-cracking process. This representation makes it possible to obtain crack opening distributions in macro-finite elements, and thus brings a new precision in the calculation of cracks openings in large structures.; Un modèle de comportement mécanique des bétons fibrés est développé et implanté dans le logiciel élément fini Cast3m. Il vient compléter le modèle de fissuration orthotrope du béton Fluendo3D, en ajoutant la capacité de traiter des matériaux à fibres courtes, cylindriques et rectilignes. Ce modèle, qui s'appuie sur des essais et modèles de la littérature, permet d'apporter des éléments de compréhension du comportement de ce type de matériau, et notamment concernant le phénomène de multi-fissuration. La caractérisation des phénomènes mis en jeu durant l'extraction des fibres est le point de départ de cette étude. Les effets de l'inclinaison des fibres par rapport à la direction d'extraction sont pris en compte et interviennent dans le comportement du modèle qui présente la capacité d'utiliser des orientations préférentielles de fibres. Le phénomène de multi-fissuration est représenté grâce à une loi d'effet d'échelle de Weibull qui permet de tenir compte de la dispersion des résistances à la traction du béton et d'expliquer le développement de la multi-fissuration. Cette représentation permet d'obtenir des distributions d'ouvertures de fissures dans des macro-éléments finis, et apporte donc une nouvelle précision dans le calcul des ouvertures de fissures dans des structures de grandes dimensions.

Originally discovered in condensed matter systems, topological insulators (TIs) have been ubiquitously extended to various fields of classical wave physics including photonics, phononics, acoustics, mechanics, and microwaves. In the bulk, like any other insulator, electronic TIs exhibit an excessively high resistance to the flow of mobile charges, prohibiting metallic conduction. On their surface, however, they support one-way conductive states with inherent protection against certain types of disorder and defects, defying the common physical wisdom of electronic transport in presence of impurities. When transposed to classical waves, TIs open a wealth of exciting engineering-oriented applications, such as robust routing, lasing, signal processing, switching, etc., with unprecedented robustness against various classes of defects. In this article, we first review the basic concept of topological order applied to classical waves, starting from the simple one-dimensional example of the Su–Schrieffer–Heeger (SSH) model. We then move on to two-dimensional wave TIs, discussing classical wave analogues of Chern, quantum Hall, spin-Hall, Valley-Hall, and Floquet TIs. Finally, we review the most recent developments in the field, including Weyl and nodal semimetals, higher-order topological insulators, and self-induced non-linear topological states.

International audience

La planche coréenne est une discipline de cirque exigeante d’un point de vue technique. Il s’agit d’une longue planche à bascule sur laquelle deux acrobates, placés à chaque extrémité, se catapultent continuellement pour effectuer des sauts acrobatiques. Les acrobates utilisent une technique spécifique pour le décollage et l’atterrissage. La planche coréenne, comme tout équipement de cirque, n’a pas de standard de fabrication et il existe une grande variété de planches. Les acrobates, les entraîneurs et les concepteurs d'équipements bénéficieraient d’avoir plus d'informations sur la biomécanique de la performance et sur la mécanique de la planche, afin d'améliorer le développement des techniques acrobatiques et la conception des planches. L’objectif de la thèse était de mieux comprendre l’interaction entre l’équipement de cirque et la performance acrobatique en planche coréenne. À cet égard, les quatre objectifs spécifiques étaient de : (1) Établir l’influence de la hauteur de saut, du participant, de la planche et de la technique de réception sur les forces d’impact et les taux de chargement; (2) Quantifier l’influence de plusieurs facteurs biomécaniques cinématiques sur la hauteur de saut; (3) Déterminer la différence de contribution musculaire et de durée des phases du mouvement entre acrobates débutants et acrobates élites; et (4) Caractériser mécaniquement différentes planches et mettre en évidence la contribution du renvoi de flexion de la planche sur la hauteur de sauts. Cette thèse présente l’ensemble des travaux effectués pour lier les caractéristiques de la planche au mouvement de l’acrobate. En effet, le mouvement de l’acrobate, sauter à grande hauteur, génère des forces élevées sur la planche lors de la réception, ce qui met en mouvement la planche. L’équipement ensuite permet un transfert de force vers l’acrobate qui s’élance. Finalement, ce dernier doit utiliser une technique optimale avec une synchronisation et une contribution musculaire précis, afin de gagner une hauteur suffisante pour la performance. Nos différentes études ont permis de montrer que le facteur qui influence le plus les forces d’impact et le taux de chargement lors de la réception est la hauteur de saut (40% d’influence relative). La force maximale mesurée est de 13.5 fois le poids corporel de l’acrobate, ce qui peut représenter un risque de blessure. La hauteur de saut est en majorité influencée par la vitesse verticale du centre de masse de l’acrobate-partenaire qui se réceptionne, de la vitesse verticale de la planche et de l’amplitude des hanches lors du décollage. Ces deux derniers paramètres peuvent être contrôlés par les acrobates ou les concepteurs de planche coréenne. Nous démontrons, de plus, que les acrobates débutants sont plus longs dans la préparation au décollage, le décollage et l’atterrissage comparativement aux acrobates experts. Cependant, il n’y avait pas de différence claire entre les débutants et les professionnels quant à l’activité musculaire lors du décollage et atterrissage, ce qui indique que la temporalité est sûrement plus importante que l’activité musculaire. Nous trouvons aussi que le renvoi de flexion (énergie élastique de la planche) est non négligeable (46 % d’influence relative) et contribue donc à la hauteur de saut. Finalement, le paramètre mécanique le plus important pour quantifier et comparer les planches est la raideur. Les quatre planches de l’étude ont une raideur qui varie entre 12.2 kN/m et 19.6 kN/m. Ce paramètre peut probablement guider les futures conceptions de planche. Collectivement, ces quatre études mettent en évidence que la synchronisation temporelle du mouvement des acrobates et du mouvement de la planche est l’élément crucial dans cette discipline., Korean teeterboard is a technically demanding circus discipline. The apparatus resembles a seesaw, and two acrobats take turns jumping vertically, performing complex acrobatic figures and landing back on the apparatus. Acrobats use a specific technique during take-off and landing. Furthermore, like most circus equipment, there are no standards regarding the design of the teeterboard and there is a wide variety of teeterboards. Acrobats, trainers and equipment’s designers would benefit to know more about the relationship between the biomechanics of the performance and the mechanics of the board. This understanding would help improving acrobatic techniques and optimize the design of teeterboards. The purpose of the thesis was to better understand the interaction between the circus equipment and the acrobats’ performance in Korean teeterboard. To this end, this thesis was divided into four specific goals: (1) Define the influence of the jump height, the teeterboard and the landing technique on impact forces and loading rates; (2) Quantify the influence of various kinematic factors to the jump height; (3) Determine the differences between expert and novice acrobats with respect to muscular contribution and duration of the phases of the movement ; and, (4) mechanically characterize different types of teeterboards and highlight the contribution of the recoil effect to the jump height. This thesis covers the work carried out to link the characteristics of the teeterboard to the movement of the acrobat. The movement of the acrobat, i.e., jumping at high height, generates high forces during landing, which set in motion the board. The equipment then enables the transfer of this force to the other acrobat taking-off. This acrobat should use an optimal technique with a precise timing and muscular contribution, to gain sufficient height for their performance. This body of work demonstrated that the most important factor influencing the impact forces and loading rates was jump height (40% of relative influence). Maximal recorded force was 13.5 times the acrobat’s bodyweight, raising concerns about risk of injury. Jump height was mainly influenced by the vertical velocity of the center of mass of the acrobat landing, the vertical velocity of the teeterboard and the hip range of motion at take-off. The last two parameters can be controlled by acrobats, trainers, or designers of Korean teeterboard. We also found that novice acrobats are longer in the following phases: preparation for take-off, take-off, and landing. However, there was no clear difference in muscular amplitude during take-off and landing between novice and professional acrobats. This indicates that timing may be more important than muscular amplitude. We showed that recoil effect (elastic strain energy of the board) strongly contributed to the jump height (46% of relative influence). Finally, the most important mechanical parameter to quantify and compare teeterboards was the stiffness. The stiffness of the four teeterboards analyzed in this study ranged from 12.2 kN/m to19.6 kN/m. This result can guide future designs of teeterboard. The results from this thesis highlight the fact that temporal synchronization of the movement from both acrobats and the movement of the board is crucial in this discipline.

Si l’observation depuis la Terre a pu révéler le grand nombre et la diversité des petits corps du système solaire, seule leur exploration in-situ permettra de répondre aux questions qu’ils soulèvent aujourd’hui sur leur composition physique et chimique. Cela explique la recrudescence de missions dédiées aux petits corps (Osiris-Rex, Hayabusa-2, Mars Moon Explorer, etc.) ainsi que les efforts déployés par les agences internationales (DLR, NASA, JAXA) pour permettre l’exploration de leur surface. De par leur faible gravité (entre 10-6 et 10-2 g) les astéroïdes (e.g. Eros), les comètes (e.g. Churyumov-Gerasimenko) et les petits satellites (e.g. Phobos) se révèlent des candidats difficiles pour une mobilité de surface. En milligravité (i.e. autour de 10-3g), le poids très faible d’un véhicule ne permet des tractions que 1,000 fois plus faibles que celles dont bénéficient les rovers martiens et lunaires. Surtout, le comportement du régolithe des petits corps est peu compris et donc difficile à prévoir, notamment à cause du rôle majeur joué par les forces de cohésion à ces échelles de gravité. Le comportement du régolithe tient alors davantage à celui d’une poudre cohésive comme la farine qu’à celui d’un gravier fin. Cette thèse explorera donc la faisabilité et la performance attendue d’un véhicule à roue à la surface d’un petit corps. L’étude reposera sur la modélisation du sol par méthodes à éléments discrets (DEM). Cette approche consiste à simuler l’interaction détaillée des grains de régolithe un-à-un (friction, résistance au roulement, cohésion, etc.). A partir d’un code DEM préexistant (e.g. ESyS-Particle) qui sera identifié au commencement de l’étude, la thèse examinera et implémentera les modifications nécessaires à apporter pour modéliser les interactions spécifiques d’une roue avec le régolithe d’un petit corps. L’étape de modélisation franchie, la thèse appliquera l’outil développé à la résolution du problème du roulage : traction et manœuvrabilité (simplifiée) dans différents types de régolithe, à différents niveaux de gravité. Les travaux seront conduits avec l’ISAE-Supaéro : l’encadrante est une experte du régolithe des petits corps, des méthodes DEM ainsi que du développement d’expériences (vols paraboliques, tours de chute) permettant la validation des simulations numériques. Au terme de la thèse, nous aurons répondu aux questions suivantes : quelle est la force de traction que l’on peut attendre d’un régolithe en milligravité ? comment cette traction évolue-t-elle quand la gravité change ? comment la cohésion du régolithe affecte-elle l’écoulement autour de la roue ? Ces réponses nous permettront de déterminer le seuil de gravité minimum, selon le régolithe attendu, en dessous duquel le roulage devient impraticable ou trop inefficace pour être préféré à d’autres solutions (e.g. les « hoppers » Mascot (DLR), Hedgehog (JPL) ou Minerva (JAXA)). Les missions vers les petits corps constituent des opportunités de collaborations inter-agences très intéressantes et abordables en coût et en complexité. La compétence sur la locomotion en milligravité peut se révéler cruciale pour participer en tant que partenaire à ce genre de mission. C’est également un domaine de coopération actif entre le CNES (à DSO/DV/IF) et le DLR (à Oberpfaffenhofen) qui a déjà une certaine expérience dans le domaine avec leurs outils de simulation multi-corps et leurs outils de modélisation DEM. Cette thèse consoliderait l’axe d’étude et cette coopération. Even though observations from the Earth have revealed the great number and diversity of small bodies (asteroids and comets) in the Solar System, only an in-situ exploration of these bodies, accompanied if possible by a sample return, can answer many of the open questions today about their physical and chemical composition. This explains the resurgence of missions dedicated to small bodies (OSIRIS-REx, Hayabusa-2, Mars Moon Explorer, etc.) and the efforts of international space agencies (ESA, NASA, JAXA, DLR, CNES) to explore their surfaces. Asteroids (e.g. Eros), comets (e.g. Churyumov-Gerasimenko), and small satellites (e.g. the Martian moon Phobos) prove to be difficult candidates for surface mobility due to their low gravity (100 to a million times lower than the gravity of the Earth, g). In milli-gravity (i.e. around 10-3 g), the very low weight of a vehicle means that the traction is 1,000 times lower than that of the Martian and lunar rovers. Additionally, the behaviour of the regolith (the layer of more or less fine grains found on the surface of these bodies) of the small bodies is poorly understood and is, therefore, difficult to predict. This is especially true because the properties of the regolith are often unknown before we arrive at the body, and also due to the potentially major role played by cohesive forces at these levels of gravity: the behaviour of the regolith may actually be more like that of a cohesive powder than that of a fine gravel. This thesis will, therefore, explore the feasibility and the expected performance of a wheeled vehicle on the surface of a small body. The study will be based on soil modeling using discrete element methods (DEM). This approach consists in simulating the detailed interaction between individual regolith grains (friction, rolling resistance, cohesion, etc.). From a pre-existing DEM code that will be identified at the beginning of the study, the thesis will examine and implement the necessary modifications to model the specific interactions of a wheel with the regolith of a small body. Once the modeling step has been completed, the thesis will apply the tool developed to solve the problem of rolling: traction and (simplified) maneuverability in different types of regolith, at different levels of gravity. During this thesis, we will tackle the following questions: what is the traction force that one can expect from a regolith in milligravity? How does this traction evolve when gravity changes? How do the characteristics of the regolith flow and the resulting tracks at the surface vary with the regolith properties? How do the cohesion of the regolith and the wheel geometry affect the flow around the wheel? These studies will allow us to determine the minimum gravity threshold, depending on the expected regolith, below which rolling becomes impracticable or too inefficient to be preferred to other solutions such as Mascot hoppers (DLR), Hedgehog (JPL) or Minerva (JAXA).

Publié en 2007, et jamais traduit en français, The machines of Leonardo Da vinci and Franz Reuleaux est un manuel d’histoire de la mécanique, écrit par Francis C. Moon, un professeur d’université en génie mécanique à l’université Cornell. En cela, mis à part quelques points concernant la collection de modèles de mécanismes de ladite université, le livre apporte moins de faits nouveaux qu’il n’offre une synthèse de la littérature anglo-saxonne du XXe siècle sur son sujet, ainsi qu’une bonne co...

En continuité avec les travaux sur les mécaniques signifiantes de jeu, nous proposons, dans le cadre de cet article, de rendre compte de la dimension expérientielle de la mécanique en développant une méthode de recherche à partir des effets affectifs et sémiotiques produits par l’interaction entre le jeu et les joueur.se.s. L’expérience ludique est alors considérée comme un acte de langage dialogique et immanent à un contexte d’émission et de réception entre les concepteur.rice.s et les joueur.se.s. Avec ce type d’approche communicationnelle et pragmatiste, le jeu est conçu comme un processus sémiotique interprétatif où les mécaniques agissent comme grammaire (plan syntaxique) afin de produire du sens (plan sémantique) propre à une situation (plan pragmatique). En divisant l’étude de l’expérience ludique en trois plans du langage, il devient possible de faire état non seulement des actions et rétroactions du système ludique, mais également des effets affectifs et sémiotiques du jeu actualisé dans un contexte à chaque fois renouvelé par les joueur.se.s. Following the work on meaningful mechanics, we propose, in this article, to account for the experiential dimension of game mechanics. We develop a research method from the affective and semiotic effects produced by the interaction between the game and the players. The playful experience is considered an act of dialogical language and immanent to a context of transmission and reception between the designers and the players. With this communicational and pragmatist approach, we conceived the game as a semiotic process where the mechanics act as grammar (syntactic level) to produce meaning (semantic level) specific to a situation (pragmatic level). By dividing the study of the playful experience into three levels of language, it becomes possible to report the actions and feedback of the game system and the emotional and semiotic effects in a context each time renewed by the players.

A closed-form expression for the integral transform of a finite length signal is often difficult to obtain. Still, for sinusoids, extending the integral over all real numbers allows for a short approximation through the Dirac distribution in the frequency domain. The topic of this work is the study of modulated signals, and specifically those that are decreasing on the right but whose extension is non finite on the left, which may lead to a non existing extended integral in the usual sense. That is particularly explicit with the wavelet transform of a linearly damped harmonic signal using a Cauchy wavelet, whose decay is insufficient to counteract the exponential growth : the integrand is unbounded on the left.This work is to give analytic expressions to such integrals, which may come up as part of damping identification of a mechanical oscillating system through the wavelet transform of its free decay response.To this aim, we introduce a bilinear form that will serve as the definition of the integral, yet with no reference to its absolute convergence, which is replaced by an analyticity condition. From that we deduce the notion of a Dirac distribution of complex argument, which is the Fourier transform of the complex frequency exponential. We then give a new definition of modulated signals called "asymptotic" (as compared to B. Torrésani's in Analyse continue par ondelettes. CNRS Editions / EDP Sciences, 1995, Savoirs actuels / Série Physique, 978-2-271-05364-0.) together with a suitable "blur" that transfers to them some characteristics of complex frequency exponentials. We infer some results about the ridges of the wavelet transform of those asymptotic signals, including the extraction of individual components from a sum of such signals. We end this work with an attempt to define the mechanical energy of a system through the ridges of its free decay response, which was put into practice on real experimental data, L'expression analytique d'une transformation intégrale d'un signal de longueur finie est souvent complexe à écrire. Pourtant, dans le cas d'un signal harmonique et de sa transformée de Fourier, l'extension du domaine d'intégration à l'ensemble des réels permet une écriture simplifiée dans le domaine de Fourier par le biais de la distribution de Dirac. L'idée de la thèse est d'examiner le cas de signaux modulés en amplitude et en phase, typiquement lorsque l'amplitude est décroissante à droite mais que son extension à gauche n'a pas d'enveloppe bornée, et qu'alors l'existence de l'intégrale considérée n'est plus forcément assurée au sens usuel. C'est ainsi le cas de la transformation en ondelettes avec une ondelette mère de Cauchy-Paul d'une réponse transitoire d'un oscillateur linéaire, dont l'enveloppe de la fonction mère est insuffisamment décroissante à l'infini pour écraser une enveloppe exponentielle : l'intégrande de la convolution n'est pas bornée à gauche. L'objectif de ce travail est de donner une expression analytique de telles intégrales, utiles par exemple pour identifier l'amortissement d'un système mécanique oscillant par une transformation en ondelettes de sa réponse libre. Pour cela, nous introduisons une forme bilinéaire qui tient lieu de définition de l'intégrale, à ceci près qu'il n'est plus question de sa convergence mais d'analyticité. Nous déduisons alors la notion d'une distribution de Dirac d'argument complexe, qui est la transformée de Fourier de l'exponentielle complexe.On propose ensuite une nouvelle définition des signaux modulés en amplitude et en phase dits g{asymptotiques} (par rapport à celle donnée dans l'ouvrage de B. Torrésani (Analyse continue par ondelettes. CNRS Editions / EDP Sciences, 1995, Savoirs actuels / Série Physique, 978-2-271-05364-0) associée à un « flou » convenable qui permet de les travailler à la manière des exponentielles complexes. Nous en déduisons quelques résultats sur la recherche d'arêtes d'une transformée en ondelettes de ces signaux asymptotiques, en s'intéressant à la question de la séparation de composantes dans le cas d'une somme de tels signaux. Enfin, nous proposons une définition de l'énergie mécanique d'un système mécanique à partir des arêtes de sa réponse libre, que nous avons appliquée sur les cas réels des réponses vibratoires d'une maquette en béton armé soumise à un projectile et celles d'un mur en maçonnerie soumis à des impacts noyés dans une excitation ambiante

En marge de la querelle relative à l’invention du principe de la moindre action, se déroule, durant la décennie 1750, une controverse « scientifique » entre académiciens de Paris et de Berlin. Patrice d’Arcy et D’Alembert suscitent ainsi les réactions de Maupertuis et de Louis Bertrand sur le statut à accorder au principe au fondement de la mécanique. Les arguments de cet échange sont ici retracés et analysés pour leur intéressante teneur épistémologique.

Au sein d’un module de puissance, les contraintes thermiques peuvent induire une propagation de fissure. Cette fissure augmente la résistance thermique de la structure, en limitant fortement le flux de chaleur traversant les lèvres de la fissure. Par cet effet, les comportements mécanique et thermique sont fortement couplés. Dans ce cadre, une nouvelle stratégie itérative de réduction de modèle basée sur la méthode Proper Generalized Decomposition (PGD) est développée, où la propagation de fissure est modélisée par une méthode de zone cohésive. Le modèle réduit est ensuite exploité dans unephase de post-traitement pour réaliser efficacement une analyse de sensibilité ou pour prédire la durée de vie restante.

Servandoni présente dans la salle des Machines dix spectacles fondés sur des changements de décors et muets (1738-1742 et 1754-1758). Attaqués ou encensés, les spectacles deviennent légendaires et leur mémoire perdure au xixe siècle, avant de s’estomper : le maître des machines tombe dans l’oubli., Servandoni presented in the Salle des Machines ten shows based on shifting scenery and mute spectacles (1738-1742 and 1754-1758). Attacked or acclaimed, the performances became legendary and their memory lasted in the 19th century, before fading: the master of the machines fell into oblivion.

Known for their high specific resistance, titanium alloys are widely used for aeronautical applications. However, they usually display poor machinability, resulting in both important tool wear and degraded surface integrity. Though microstructure optimization is one possible way of improving the machinability, its role on chip formation remains unclear. The present work, which focuses on the Ti5553, aims to improve the understanding of the influence of the micro on chip formation during orthogonal cutting. For this purpose, different micros, with varying fractions, morphologies and sizes of $alpha$ phase particles, are considered. For each micro, orthogonal cutting tests are carried out for several cutting speeds. The experimental setup uses two high-speed cameras to observe chip formation on both sides of the sample, forces at the tool tip are also recorded. An original method, based on semantic segmentation through deep learning, is developed to analyze the images and determine indicators of the chip morphology. According to the results, the chip thickness decreases with an increasing hardness. As a result, there is no obvious relationship between cutting force and hardness. Specifically, the cutting force is high when the hardness is either high (important yield strength) or low (important chip thickness). Also, for a given micro, the fluctuations of the cutting force are correlated to those of the chip morphological features. These fluctuations, which depend on the considered micro, are mostly controlled by the $alpha$ phase fraction., Les alliages de titane sont largement utilisés pour des applications aéronautiques, notamment grâce à leur importante résistance spécifique. Néanmoins, leur caractère réfractaire rend difficile la mise en forme par enlèvement de matière, engendrant une usure prématurée des outils de coupe et une intégrité de surface dégradée. Si l'optimisation de la micro constitue une voie d'amélioration de l'usinabilité, son rôle sur la coupe reste mal compris. Le présent travail, axé sur l'alliage de titane Ti5553, vise à mieux comprendre l'influence de la micro sur la formation du copeau en coupe orthogonale. Différentes micros, possédant des fractions, des morphologies et des tailles de particules de phase $alpha$ différentes sont alors considérées. Pour chaque micro, des essais de coupe orthogonale sont réalisés pour plusieurs vitesses de coupe à l'aide d'un banc de rabotage instrumenté. Ce dispositif permet, à l'aide de deux caméras rapides, d'observer la formation du copeau de part et d'autre de l'échantillon et d'enregistrer les efforts en pointe d'outil. Une méthode originale d'analyse des images, basée sur une segmentation sémantique par apprentissage profond, est développée. Elle permet textit{in fine} d'obtenir des grandeurs représentatives de la morphologie des copeaux. L'analyse des résultats montre que leur épaisseur est d'autant plus faible que la dureté est importante. Ceci explique l'absence de relation évidente entre dureté et effort de coupe. Il est ainsi important à la fois pour une dureté élevée (limite d'écoulement importante) ou faible (épaisseur importante). Aussi, pour une micro, les fluctuations de l'effort de coupe sont liées à celles des caractéristiques morphologiques du copeau. Ces fluctuations sont très variables selon la micro considérée, la fraction de phase $alpha$ étant le paramètre microstructural prépondérant.

La notion d’idéal masculin est intrinsèquement liée à celle d’apparence, de mise en image de soi. A l’aube du XXe siècle, un accessoire auparavant attaché au monde du spectacle réapparait dans l’iconographie des culturistes américains : le slip léopard. Ce vêtement aujourd’hui risible était arboré avec sérieux, il était le symbole d’un combat contre la négligence du corps engendrée par l’industrie. En retraçant le parcours du chef de file d’un mouvement pour la revitalisation du corps national, Bernarr Macfadden, cet article entend présenter le combat par l’image de l’homme industriel et de l’homme naturel dans les revues populaires américaines des premières années du XXe siècle. The concept of a masculine ideal is intrinsically linked to that of appearance, of self-image. At the dawn of the 20th century, an accessory previously associated with the world of entertainment reappeared in the iconography of American bodybuilders: the leopard brief. This garment, laughable nowadays, was worn in all seriousness, symbolizing efforts made to counter the physical self-neglect caused by industrialization. By tracing the career of Bernarr Macfadden, leader of a movement to revitalize the nation's physical health, this article presents these endeavors via images of the industrial and the natural man in popular American magazines from the early 20th century.

This Habilitation thesis (Habilitation à Diriger des Recherches - HDR) manuscript focuses on my research work carried out within the Fuel Studies Department (DEC) of the the French Alternative Energies and Atomic Energy Commission (CEA) since 2009. The first of my two main lines of research focuses on efficiency and precision of multiphysics couplings. In this context, I worked around the formalism of convergence acceleration of vector fixed point series, the reduced order modeling for the contact mechanics, but also around advanced multiphysics modeling and simulation for understanding the mechanism of pellet-cladding gap closure in fast neutron reactors.My second major area of research concerns the implementation of multiscale couplings for solid mechanics and for different scale ratios. I thus contributed to develop adaptive local multigrid mesh refinement techniques for nonlinear mechanics and I also worked around the industrial implementation of full field numerical homogenization methods based on the finite element square approach.; Ce manuscrit d'Habilitation à Diriger des Recherches (HDR) se focalise sur mes travaux de recherche menés au sein du Département d'Études des Combustibles (DEC) du Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives (CEA) depuis 2009. Le premier de mes deux grands axes de recherche s'articule autour del'efficacité et de la précision des couplages multiphysiques. Dans ce cadre, j'ai travaillé autour du formalisme d'accélération de convergence des suites vectorielles de point fixe, de la réduction d'ordre de modèle pour la mécanique du contact, mais également autour de la modélisation et simulation multiphysiques avancées pour lacompréhension du mécanisme de rattrapage du jeu pastille-gaine dans les réacteurs à neutrons rapides.Mon deuxième grand axe de recherche concerne la mise en oeuvre de couplages multiéchelles pour la mécanique des solides et ce pour différents rapports d'échelles. J'ai ainsi contribué à développer des techniques de raffinement adaptatif de maillage de type multigrille local pour la mécanique non linéaire et j'ai également travaillé autour de la mise en oeuvre industrielle de méthodes d'homogénéisation numérique par champs complets de type éléments finis au carré.

This thesis deals with the direct simulation and inverse design of garments in the presence of frictional contact.The shape of draped garments results from the slenderness of the fabric, which can be represented in mechanics by a thin elastic plate or shell, and from its interaction with the body through dry friction. This interaction, necessary to reproduce the threshold friction occuring in such contacts, is described by a non smooth law, which, in general, makes its integration complex. In a first contribution, we modify the so-called Projective Dynamics algorithm to incorporate this dry frictional contact law in a simple way. Projective Dynamics is a popular method in Computer Graphics that quickly simulates deformable objects such as plates with moderate accuracy, yet without including frictional contact. The rationale of this algorithm is to solve the integration of the dynamics by successively calculating estimates of the shape of the object at the next timestep. We take up the same idea to incorporate a procedure for estimating the frictional contact law that robustly captures the threshold phenomenon. In addition it is interesting to note that simulators developed in Computer Graphics, originally targeted at visual animation, have become increasingly accurate over the years. They are now being used in more "critical" applications such as architecture, robotics or medicine, which are more demanding in terms of accuracy. In collaboration with mechanicists and experimental physicists, we introduce into the Computer Graphics community protocols to verify the correctness of simulators, and we present in this manuscript our contributions related to plate and shell simulators. Finally, in a last part, we focus on garment inverse design. The interest of this process is twofold. Firstly, for simulations, solving the inverse problem provides a "force-free" and possibly curved version of the input (called the rest or natural shape), whether it comes from a 3D design or a 3D capture, that allows to start the simulation with the input as the initial deformed shape. To this end, we propose an algorithm for the inverse design of clothes represented by thin shells that also accounts for dry frictional contact. Within our framework, the input shape is considered to be a mechanical equilibrium subject to gravity and contact forces. Then our algorithm computes a rest shape such that this input shape can be simulated without any sagging. Secondly, it is also appealing to use these rest shapes for a real life application to manufacture the designed garments without sagging. However, the traditional cloth fabrication process is based on patterns, that is sets of flat panels sewn together. In this regard, we present in our more prospective part our results on the adaptation of the previous algorithm to include geometric constraints, namely surface developability, in order to get flattenable rest shapes.; Cette thèse porte sur la simulation directe et la conception inverse de vêtements en présence de contact frottant. La forme de vêtements portés résulte en effet à la fois de la minceur du tissu, représentable en mécanique par une plaque ou une coque mince et élastique, et de son interaction avec le corps à travers un phénomène de contact frottant solide. Cette interaction, nécessaire pour reproduire le frottement à seuil typique des interactions entre solides, est décrite par une loi non régulière, ce qui rend son intégration généralement complexe. Dans une première contribution, nous modifions l'algorithme Projective Dynamics afin d'y introduire simplement cette loi de contact frottant. Projective Dynamics est une méthode populaire en Informatique Graphique qui simule rapidement avec une précision modérée des objets déformables tels que les plaques, mais sans inclure de contact frottant. L'idée principale de cet algorithme est de résoudre l'intégration de la dynamique en calculant successivement des estimations de la forme de l'objet au pas de temps suivant. Nous reprenons la même idée afin d'y incorporer une procédure d'estimation de la loi de contact frottant qui parvient de manière robuste à capturer le phénomène de seuil.Par ailleurs, il est intéressant de noter que les simulateurs développés en Informatique Graphique, dédiés à l'origine à l'animation, sont devenus de plus en plus précis au fil des ans. Ils sont maintenant sollicités dans des applications plus "critiques" telles que l'architecture, la robotique ou la médecine plus exigeantes en terme de justesse. Dans une collaboration avec des mécaniciens et des physiciens expérimentateurs, nous introduisons de nouveaux protocoles de validation des simulateurs graphiques et nous présentons dans ce manuscrit nos contributions relatives aux simulateurs de plaques et de coques.Enfin, dans une dernière partie, nous nous intéressons à la conception inverse de vêtements. L'intérêt de ce procédé est double. En premier lieu, pour des simulations, résoudre le problème inverse fournit une version "sans force" et possiblement courbée de l'entrée (dite naturelle ou au repos), que celle-ci provienne d'un modèle 3D ou d'une capture 3D, qui permet d'initier la simulation avec la forme de l'entrée en tant que forme déformée initiale. En ce sens, nous proposons un algorithme pour la conception inverse de coques en présence de contact frottant. Dans notre cadre, la forme donnée en entrée est considérée comme un équilibre mécanique soumis à la gravité et aux forces de contact. Notre algorithme calcule ensuite une forme au repos telle que l'entrée puisse être simulée sans qu'elle ne s'affaisse. En second lieu, il est aussi tentant de vouloir utiliser ces formes naturelles pour une application concrète afin de confectionner lesdits vêtements sans qu'ils ne s'affaissent. Cependant, le processus classique de fabrication de vêtements est basé sur l'usage de patrons, c'est-à-dire d'ensembles de panneaux plats à coudre ensemble. Nous présentons donc dans une partie finale plus prospective nos résultats sur l'adaptation de notre algorithme précédent afin d'y incorporer des contraintes géométriques, en l'occurrence la développabilité des surfaces, afin d'obtenir des formes au repos aplatissables.

Academic research and monitoring of areas with high telluric hazards require number of seismic equipment that may present some limitations. Indeed, the cost of these systems can be high, and their deployment is sometimes very challenging. Thus, the harsh environment inherent to some geographical areas, such as volcanic edifices (temperature, acidity and lightning), deep boreholes, or seabed, do not always allow the installation of measurement devices and prevent the real-time monitoring of active areas on the long run. A fiber optic displacement sensor applied to seismology, based on an extrinsic Fabry-Perot interferometer, was proposed at the end of the LINES project (RiskNat ANR – 2009-2012). This work aimed to enhance the robustness and reduce the cost of new seismometers, while maintaining good metrological performances.The work presented in this thesis, part of the ANR HIPERSIS project (2017-2019), aims to (i) model the opto-electronic measurement system, in order to evaluate its performances (especially noise level, linearity, bandwidth), and the impact of the environmental conditions on its behavior, (ii) to design, model and engineer a geophone suitable for the optical measurement system, and compliant with the specifications of the HIPERSIS project, and (iii) to install and characterize the whole system on a site of interest : La Grande Soufrière Volcano, Guadeloupe. We will conduct a first assessment of the contribution of this seismometer to the study of the volcano microseismicity. The results of this study might open promising perspectives for monitoring networks in harsh environments: natural or industrial environment (geoindustries or civil engineering), as well as the diversification of mechanical structures associated with the optical interrogator (hydrophone, inclinometer, etc.).; La recherche académique et la surveillance de zones présentant des aléas telluriques élevés nécessitent la mise en œuvre d’une instrumentation sismologique pouvant présenter certains facteurs limitants, tant en termes de couts que de facilité de déploiement. Ainsi, les fortes contraintes environnementales inhérentes à certaines zones géographiques, comme les édifices volcaniques (température, acidité, foudre), les forages profonds, ou les fonds marins, ne permettent pas toujours l’installation de matériel de mesure et la surveillance en temps réel de zones actives sur le long terme. Le projet LINES (ANR RiskNat – 2009-2012) a permis le développement d’un capteur de déplacement à fibre optique appliqué à la sismologie. Ce dernier, basé sur un interféromètre de Fabry-Pérot extrinsèque a permis d’envisager l’émergence de nouveaux sismomètres plus robustes et moins coûteux, tout en leur garantissant de bonnes performances métrologiques.Les travaux présentés dans cette thèse s’inscrivent dans la continuité de ce premier projet. Intégrés à l’ANR HIPERSIS (2017-2019), ils visent à (i) proposer un modèle du système de mesure optoélectronique, afin d’évaluer ses performances en termes de niveaux de bruits, de linéarité, de bande passante notamment, et l’impact des conditions environnementales sur son comportement, à (ii) concevoir, modéliser et réaliser un géophone adapté au système de mesure optique, et conforme aux attendus du projet HIPERSIS et à (iii) installer et qualifier l’ensemble du système sur un site d’intérêt : la Grande Soufrière de Guadeloupe. Un premier bilan quant à l’apport de ce sismomètre à l’étude de la microsismicité du volcan sera dressé. Les résultats de cette étude pourraient notamment encourager le déploiement en réseau de ce type de capteur sur d’autres sites d’intérêt – naturels ou industriels (géoindustries ou génie civil), ainsi que la diversification des structures mécaniques associées à l’interrogateur optique (hydrophone, inclinomètre).

In the case of massive concrete structures, the heat generated by cement hydration may cause cracking due to thermal strains. The mix design of the concrete used for such structures has to take account of mechanical properties and generated temperatures. Using experimental design principles, the hydration heat and the development of compressive strength are measured in order to determine how the composition of concrete and the presence of SCM influence the characteristics of concrete and to create a mix design protocol. This protocol can help to determine which mix design minimizes the hydration temperature for a given compressive strength.

Tyres are complex structures to simulate. The materials are heterogeneous and incompressible with non-linear responses. The geometry goes to the millimetre scales for tread patterns. For a finite elements simulation a precise mesh is then required. The model has then a large number of degrees of freedom and non-linear material laws. In dynamics, the simulation becomes even more challenging especially with impacts. Nevertheless it is crucial in the tire design process because it brings a deeper comprehension of the tire and avoids test on real structures. The explicit time-integration make feasible the impact simulations. They handle easily the non-linearities with a very low computational cost for a time-step. Merged with a precise contact formulation, they form robust, accurate and efficient schemes for addressing impact simulations. This work aims to choose and improve an explicit scheme for non-linear dynamics with impacts. The first part is a benchmark for selecting a scheme and enhance its possibilities of improvement. The selected one is the CD-Lagrange: an explicit scheme based on central difference method, a contact enforcement by Lagrange multipliers, and a contact condition on velocity. Two mains improvements are identified and explored. Firstly, the energy conservation at impact would make the scheme symplectic for deformable bodies. Secondly the formulation must be enlarged to deformable–deformable contact. The second part aims then to achieve the conservation of energy by adapting the singular mass matrix to the CD-Lagrange. The formulation is firstly built in 1D, and shows a major improvement for the energy balance. Then two possible extensions are explored for the 3D cases. The third part presents the CD-Lagrange scheme with a mortar formulation for deformable-deformable contact. It handles with stability and accuracy large sliding and friction. An acceleration technique is proposed for solving the contact problem, without any loss of accuracy., Les pneumatiques sont complexes à simuler car les matériaux y sont hétérogènes, incompressibles et non-linéaires. De plus la géométrie descend jusqu’à l’échelle millimétrique pour les sculptures de la bande de roulement, ce qui requiert un maillage fin. Le modèle éléments finis présente donc un grand nombre de degrés de liberté, reliés par des équations non-linéaires. En dynamique, la simulation est d’autant plus compliquée avec des chocs. Néanmoins elle est cruciale dans le processus de conception pneumatique, où elle apporte une meilleur compréhension de la physique ceci sans tests réels. Les schémas explicites rendent possible les simulations de chocs, car ils résolvent facilement les non-linéarités avec un coup calcul bas. Associés à une formulation de contact précise , ils forment des schémas robustes, précis et efficaces pour la dynamique non-linéaire avec impacts. Ce travail vise à choisir et un tel schéma, et l’améliorer pour la simulation de chocs sur pneumatiques.La première partie est un benchmark identifiant le schéma CD-Lagrange. L’intégration temporelle est réalisée par le schéma de la différence centrée, et le contact imposé par multiplicateurs de Lagrange sur la vitesse. Deux possibilités d’amélioration sont identifiées. La première est d’atteindre un impact conservatif, seul instant où le schéma n’est pas symplectique. La seconde amélioration est d’étendre la formulation au contact déformable-déformable.La deuxième partie vise à atteindre la conservation de l’énergie à l’impact en adaptant la méthode de la masse singulière au CD-Lagrange. Une première formulation 1D est construite. Elle démontre une amélioration majeure du bilan d’énergie. Deux formulations 3D sont ensuite explorées.La troisième partie introduit les méthodes mortier dans le CD-Lagrange. Elles permettent de traiter un contact déformable-déformable de manière robuste, même en présence de friction et de grands glissements. Une technique d’accélération est proposée pour résoudre le problème de contact, ceci sans perte de précision.

Within the Steam Generators (SG) of pressurised water reactors, heat-exchanger tube arrays are the key component allowing the efficient transfer of heat between the primary and secondary flows, of which the former is heated by nuclear reactions at the core and the later is destined to be evaporated. As a consequence, the precise prediction of the tubes' dynamical behaviour is crucial for the accurate estimation of component life and to ensure a safe operation. However, this task is far from being trivial, given the multi-physics (flow-induced vibrations resulting from fluidelastic instability) and strongly nonlinear (intermittent tube-tube ot tube-support contacts) nature of the problem. This last aspect, in particular, implies that vibration regimes observed in practice may be strongly dependent on the system's parameters, such as: mean flow velocity, tube excentricity ans contact stiffness, among others. Thus, the two main objectives of the present thesis are the following: 1. To develop the numerical methods necessary for the efficient and thorough analysis of the problem at hand, and 2. To apply these methods to simplified systems showing a phenomenology similar to that observed in real SG tube vibrations. Firstly, the existing numerical continuation algorithms based on the Harmonic Balance Method (HBM) are extended. Hence, a complete bifurcation analysis is achieved for periodic and quasi-periodis responses of nonlinear systems of quite diverse nature, and in particular for those involving time-delays. Then, the results of in-depth analyses obtained for the chosen test cases are presented. These clearly showcase the complex and rich dynamical behaviour of impacting systems, thus at the same time showing the robustness of the proposed methods and shedding light on the main aspects of SG vibrations. This thesis was conducted at the Contact and Structure Mechanics Laboratory, UMR CNRS 5259, INSA Lyon, and at the Dynamics Laboratory (DEN/DANS/DM2S/SEMT/DYN) of CEA Paris-Saclay.; Dans les Générateurs de Vapeur (GV) des réacteurs nucléaires à eau pressurisée, le composant clé est un assemblage de tubes cintrés dont l'objectif est d'assurer l'échange de chaleur entre les écoulements du circuit primaire -en contact avec le réacteur- et secondaire -destiné à être évaporé-. En conséquence, la prédiction précise du comportement dynamique de ces tubes est cruciale pour bien estimer la durée de vie des équipements et permettre un fonctionnement sécurisé. Or, cette tâche est loin d'être triviale, en raison de la nature multi-physique du problème (vibrations induites par une instabilité du type fluide-élastique) et de son caractère fortement non-linéaire (contacts frottants entre les tubes et leur supports). Ce dernier aspect, en particulier, implique que les réponses susceptibles d'être observées dans la pratique sont fortement sensibles aux valeurs des paramètres du système : vitesse moyenne de l'écoulement, excentricité des tubes, raideur de choc, parmi d'autres. Les deux objectifs principaux de cette thèse sont : 1. développer les méthodes numériques nécessaires pour permettre un traitement efficace et robuste de ce problème, et 2. d'appliquer ces méthodes à des systèmes simplifiés dont la phénoménologie est représentative des vibrations des tubes de GV. Dans un premier temps, on étend notamment les algorithmes existants de continuation basés sur la méthode de la balance harmonique (HBM). Ainsi, une analyse complète des bifurcations peut être réalisée sur les réponses périodiques et quasi-périodiques pour des systèmes mécaniques non-linéaires de natures très diverses, et en particulier pour ceux faisant intervenir des termes à retard. Ensuite, les résultats des analyses approfondies menées sur les cas d'étude choisis sont présentés. Ceux-ci mettent en évidence la dynamique extrêmement riche des systèmes à impacts, permettant à la fois de démontrer la robustesse des méthodes développées et d'avancer dans la compréhension des vibrations des tubes de GV. La thèse a été réalisée au Laboratoire de Mécanique des Contacts et des Structures, UMR CNRS 5259, INSA Lyon, et au laboratoire d'Etudes de Dynamique (DEN/DANS/DM2S/SEMT/DYN) du CEA Paris-Saclay.

Present work aims at developing a proof of concept of a pressure sensor with a bulk-titanium-based transducer adapted to a further integration into medical implants such as pacemakers. Physiological pressure monitoring is a key clinical parameter, which could improve the way clinicians are treating their patients suffering from diseases such as heart failure or glaucoma. The study of this sensor is motivated by the need for chronical monitoring of pressure over a long period range, which could be as long as 10 years. The technologies used in this project involve a transposition from silicon microfabrication techniques to bulk titanium ones. Titanium material appears better suited to answer the clinical needs of the implantable domain as it is biocompatible, resistant to corrosion and has excellent mechanical properties. The further requirements of the implantable devices impose the biocompatibility of all encapsulating materials, a pressure range going from 0 to 40000 Pa and a minimal resolution of nearly 100 Pa. To this end, different designs were proposed and modeled to predict the response of such structures to external stresses. Transducers out of bulk titanium were fabricated and characterized to evaluate their characteristics in further developed pressure sensor. The implied microfabrication techniques differ from current common strategies by proposing a substrate material which is intrinsically biocompatible. This avoids the need of a bulky and costly encapsulation step, which could decrease the performance of the sensor. Finally, prototypes were assembled and characterized electrically, showing the possibility to attain the targeted clinical needs.; Ce travail de recherche vise à réaliser une preuve de concept d’un capteur de pression avec un transducteur en titane massif pouvant être intégré à des implants médicaux tels que les stimulateurs cardiaques. La mesure de la pression physiologique au sein d’un organe est l’un des paramètres cliniques-clés pour le suivi de certaines pathologies comme l’insuffisance cardiaque ou le glaucome. L’étude de ce capteur est motivée par un besoin de mesure chronique de la pression pour le suivi des pathologies sévères sur des plages de temps pouvant aller jusqu’à la dizaine d’années. La technologie mise en jeu pour ce travail est basée sur la transposition de techniques de microfabrication silicium, largement utilisée dans l’industrie des microsystèmes, vers une technologie titane, mieux adaptée aux contraintes de l’implantable, compte-tenu de la biocompatibilité intrinsèque du titane, de ses excellentes propriétés mécaniques et de sa résistance à la corrosion. Ce domaine impose une biocompatibilité à long terme des matériaux d’encapsulation. La plage de mesure s’étend typiquement de 0 à 40000 Pa, avec une résolution minimale d’environ 100 Pa. Pour réaliser ce microcapteur de pression, des transducteurs capacitifs à membrane ont été conçus, modélisés, puis fabriqués à partir de titane massif et caractérisés en vue de leur intégration dans un implant. Comparativement à l’utilisation de microcapteurs en silicium, l’approche proposée permet d’utiliser pour le substrat un matériau d’emblée biocompatible. Ainsi, les étapes habituelles d’encapsulation coûteuses et encombrantes par un matériau biocompatible sont évitées, ce qui permet en outre de préserver les performances du capteur. La caractérisation mécanique et électrique des prototypes de microcapteurs de pression réalisés a permis de démontrer la possibilité de répondre aux besoins de l’application visée en atteignant les spécifications préalablement définies.

Les dessins de machines que l’on trouve dans l’œuvre de Léonard de Vinci ne se réduisent pas à un compte rendu graphique d’inventions, les siennes et celles qu’il a pu observer mais, mis en parallèle avec l’ensemble des Carnets, ils manifestent une véritable vision du monde. The drawings of machines, his own and those he observed, found in Leonardo da Vinci's work must not be reduced to a graphic account of inventions, but compared to the whole of the Codex, they manifest a true vision of the world.

Depuis les années 1960, logos, procédés techniques, noms de sociétés, les références à Léonard de Vinci sont multiples et variées dans le monde de l’ingénierie et de l’entreprise. Le processus d’industrialisation a légitimé le rôle de l’ingénieur au sein de la société. Dès lors, ce n’est plus seulement le peintre qui est célébré, mais bien la diversité des talents du Florentin. Le mouvement n’est pas nouveau. Au tournant des XIXe et XXe siècles, certains des projets de Léonard sortent du cadre de ses feuillets et de ses dessins pour prendre vie, à un moment où savants et ingénieurs s’intéressent à ses multiples talents, tout en le confrontant à ses devanciers ainsi qu’à son milieu. Si certains scientifiques, comme Marcellin Berthelot, tentent d’atténuer la modernité de Léonard, en le replaçant dans un contexte inventif dont il ne serait qu’un des maillons, les ingénieurs français manifestent un intérêt répété pour sa méthode et certains des objets techniques parsemés dans ses manuscrits. Il devient une sorte de figure tutélaire d’une profession dont l’excellence scientifique semble concurrencée par la poussée des facultés des sciences. Au fil des ans, l’engouement pour le Toscan aurait pu s’étioler. Bien au contraire, après avoir suscité la curiosité, être devenu un champ d’études fécond, Léonard est resté une référence constamment citée par les ingénieurs qui se l’approprient sous différentes formes. Par exemple, la méthode léonardienne, les objets techniques qu’il a conçus, ont trouvé, avec l’émergence de l’aéronautique, un domaine qui continue de lui emprunter. Since the 1960s, references to Leonardo da Vinci are many and varied in the world of engineering and business: logos, technical processes, company names. The industrialization process has legitimized the role of the engineer within the society. It is not only the painter who is celebrated, but also the diversity of the Florentine’s talents. The movement is not new. At the turn of the 19th and 20th centuries, some Leonardo’s project went beyond the framework of his drawings to come to life, at a time when scientists and engineers were interested in the character’s various talents, while confronting him with his predecessors and his environment. While some scientists tried to attenuate Leonardo’s modernity by placing him in an inventive context, French engineers showed a great interest in his method and the technical objects presented throughout his manuscripts. He became a sort of tutelary figure. Over the years, the passion for the Tuscan could have waned. But, instead, Leonardo remained a constantly cited reference by engineers. For example, the Leonardian method, the technical objects he designed, inspired and is still inspiring the aeronautical industry.

In this thesis, we study an engineered mechanical oscillator coupled to a microwave cavity. In a preliminary experiment, microwave photons were used as a cold bath to reduce the temperature of the mechanical oscillator by a factor 500. We present several improvements to the membranes which should enable us to cool them down to their quantum ground state. In particular, we explore the rich physics of phononic bangaps to isolate an ultrahigh-quality-factor membrane mode from decoherence channels, a technique known as ``soft-clamping''. Using a quantum-limited interferometer able to resolve the membrane's Brownian motion, we reconstruct the profiles of the membrane modes. Thanks to this setup we identify a set of parasitic membrane modes which significantly degrade the quality factor of the soft-clamped modes. Specific mode engineering strategies are therefore implemented to ensure the optimal performance of the softly-clamped membranes. Once integrated in an electromechanical cavity, the optimized membranes developed over the course of this thesis should operate deep in the quantum regime. We discuss the perspectives of preparing nonclassical states of motion by exploiting superconducting qubits as a nonlinear resource. In particular, we propose a scheme which could achieve this using a single microwave-photon detector, developed in collaboration with LPENS. This hybrid electromechanical system could be used to store fragile quantum states on the scale of seconds, to measure minute forces with unprecedented precision, or to study the boundary between the quantum and the classical worlds.; Dans cette thèse, nous étudions un résonateur mécanique optimisé qui est couplé à une cavité micro-ondes. Au cours d'une expérience préliminaire, des photons micro-ondes sont employés comme bain froid pour réduire la température de l'oscillateur mécanique d'un facteur 500. Nous introduisons plusieurs améliorations à ces membranes dans l’optique de les refroidir jusqu’à leur état quantique fondamental. En particulier, nous explorons la physique riche des bandgaps phononiques pour isoler un mode de facteur de qualité ultra-élevé de ses canaux de décohérence, une méthode connue sous le nom de ``soft-clamping''. Avec un interféromètre limité quantiquement et capable de résoudre le mouvement Brownien des membranes, nous reconstruisons le profil des modes de la membrane. Grâce à cette expérience, nous identifions un groupe de modes parasitiques qui dégradent fortement le facteur de qualité des modes ``soft-clamped''. Des stratégies d'optimisation du profil spectral sont donc implémentées pour assurer la performance optimale des membranes ``soft-clamped''. Une fois intégrées dans une cavité électromécanique, les membranes optimisées qui ont été développées au cours de cette thèse devraient opérer profondément dans le régime quantique. Nous discutons des perspectives pour préparer des états de mouvement non-classiques qui exploitent la nonlinearité des qubits supraconducteurs. Nous proposons en particulier une méthode pour réussir cela en utilisant un détecteur de photons micro-ondes uniques, qui a été développé en collaboration avec le LPENS. Un tel système electromécanique hybride pourrait être utilisé pour stocker des état quantiques fragiles à l'échelles des secondes, pour mesurer avec une précision sans précédent des forces infimes, ou encore pour sonder la frontière entre les mondes classiques et quantiques.

Le Mechanicorum liber est un traité de théorisation mécanique consacré à cinq mécanismes élémentaires, pouvant servir à élaborer des engins plus complexes. Sa traduction fut entreprise par Filippo Pigafetta, mais, face à la complexité de la tâche, il sollicita l’aide de l’auteur du traité. La correspondance exceptionnelle conservée entre les deux hommes permet d’étudier les questions soulevées par la constitution progressive d’un lexique technique en langue italienne à la Renaissance.

First, the theoretical modal analysis of an unbalanced hydro turbine enabled us to show that turbines are subjected to a wide range of harmonic excitations. These harmonics are selective, i.e. they only excite one structural mode with specific nodal diameter. Furthermore, it is shown that these harmonics induce resonances in operation. After this preliminary works, an identification algorithm is proposed. The method relies on an order-based modal analysis scheme where order tracking is used to extract resonances and Bayesian modal analysis is used for inference. Eventually, an improvement of the existing Bayesian method is provided. The existing approach involves asymptotic hypotheses that cannot be used when data volume is small. For this, a statistical model is sampled using numerical methods, based on an advanced Gibbs sampler. The new algorithm is more reliable to obtain modal parameters with limited data, and shows excellent convergence properties., Dans une première phase de travail, l’analyse modale théorique d’une turbine soumise à un débalancement a permis de montrer que les turbines présentent un riche contenu harmonique, et que ces harmoniques sont sélectives, c’est-à-dire qu’elles n’excitent qu’un mode structural de diamètre nodal prédéfini. Il est démontré que ces harmoniques génèrent effectivement des résonances en opération. Dans un deuxième temps, un algorithme d’identification est proposé. La méthode utilise un schéma combiné de suivi d’ordres synchrones pour extraire les résonances harmoniques, et d’un modèle d’analyse modale opérationnel bayésien pour réaliser l’inférence. Enfin, une dernière phase de travail a consisté à améliorer le modèle bayésien existant, qui présente de nombreuses approximations asymptotiques, non raisonnable dans notre cadre où l’on dispose de peu de données. En ce sens, un modèle statistique d’échantillonnage numérique a été développé, basé sur un algorithme de Gibbs avancé. L’outil obtenu est plus fiable pour caractériser des données réduites, et montre d’excellentes propriétés de convergence le rendant compétitif avec les approches existantes.