L’objectif des recherches présentées dans ce mémoire est de développer une nouvelle méthode d'analyse d'images de visualisation d'écoulements basée sur l'application de la transformée en ondelettes bidimensionnelles. Les travaux portent sur la restitution de champs de vitesse et sur l'analyse de structures tourbillonnaires à partir de visualisation d'écoulements ensemencés à l'aide de traceurs discrets ou continus. La spécificité des ondelettes utilisées permet d'effectuer un filtrage en taille et en direction sur l'image. Une étude paramétrique de ces ondelettes est réalisée afin d'adapter et d'optimiser l'outil d'analyse aux images d'écoulements. De cette façon, les directions et les extrémités d'un ensemble de segments laissés par des traceurs discrets peuvent être obtenues. De même, une analyse des structures tourbillonnaires visualisées à l'aide de traceurs continus peut être réalisée à différentes échelles. La méthode mise en place est utilisée pour caractériser un écoulement classique en mécanique des fluides. Celui-ci correspond aux détachements tourbillonnaires alternés en aval d'un obstacle prismatique place dans un écoulement hydraulique. Pour le champ de vitesse, les résultats obtenus sont comparés, soit à ceux de la littérature, soit à des mesures ponctuelles réalisées à l'aide d'un vélocimètre Doppler laser. Les résultats sur l'analyse de structures tourbillonnaires sont également présentés.

Structuration et compositionnalité sont des besoins importants dans le domaine des techniques formelles pour maîtriser la taille et la complexité des spécifications. Nous proposons un formalisme qui permet de spécifier des systèmes de façon modulaire, mais aussi d'exploiter la structure des spécifications pour réaliser des vérifications modulaires. Un outil de spécification (Moka) est associé a ce formalisme et peut être combiné avec des outils de démonstration logique existants. L’approche est illustrée sur trois applications de domaines différents. Nous mettons d’abord l'accent sur les besoins d'un cadre à la fois structuré, expressif et qui permette d'utiliser des outils de vérification et de validation. Pour répondre à ces besoins, nous proposons de combiner la logique temporelle (pour l’expressivité et les outils de vérification) avec des techniques algébriques (pour la structuration). Nous présentons ensuite l'approche qui combine le calcul de modules défini par Ehrig et Mahr avec une logique temporelle. Elle s'appuie sur les travaux de Fiadeiro et Maibaum utilisant la théorie des catégories pour leur "Object Calculus". L’outil associé utilise les aspects constructifs de la théorie des catégories pour mettre en œuvre les modules de spécification et les opérations de composition. L'approche est illustrée par une application au domaine des télécommunications. Les aspects vérification sont enfin abordés: nous expliquons comment le formalisme peut être utilisé pour faire de la vérification modulaire et l'intérêt d'interfacer l’outil Moka avec un outil de démonstration logique (ici TRIO). Deux autres applications sont présentées: un mécanisme de tolérance aux fautes et un système de contrôle de commandes d'avion.

L'objectif de cette étude est le développement d'un code de calcul des structures bidimensionnelles fissurées en utilisant la méthode des équations intégrales. La discrétisation de la frontière du domaine est réalisée à l'aide d'éléments linéaires sur lesquels on effectue des intégrations analytiques. Une méthode de discrétisation adaptative au voisinage du fond de fissure est présentée ; elle permet de juxtaposer des éléments quadratiques spéciaux et des éléments linéaires en optimisant la longueur de ceux-ci afin de diminuer le nombre de degrés de liberté et d'améliorer la précision des calculs. L'utilisation des éléments spéciaux permet le calcul de l'ouverture de fissure et des facteurs d'intensité des contraintes par des analyses limites en contraintes ou en déplacements. Il est également possible de déterminer ces facteurs en utilisant l'intégrale de RICE. L'étude des modes mixtes de fissuration est réalisée à l'aide d'une technique de sous structuration; on peut ainsi déterminer l'angle de déviation de fissure. Afin d'effectuer le couplage entre la méthode des équations intégrales et la méthode des éléments finis, il est proposé une méthode de prise en compte des discontinuités apparaissant en fond de fissure permettant de construire une matrice de rigidité équivalente à la structure. Il est proposé enfin deux extensions aux possibilités du code de calcul : l'une est la prise en compte des phénomènes de plasticité, l'autre est l'étude des panneaux raidis. Différents exemples numériques permettent de valider le code de calcul, on trouvera notamment une comparaison avec des résultats d'essais et une étude sur les possibilités de corrections plastiques.

Cette thèse présente l'étude de la mesure de la concentration de vapeur de carburant autour de gouttes en évaporation dans un jet de gouttelettes mono-dispersés et dans un brouillard au moyen de la technique par Absorption InfraRouge (AIR). L'étude bibliographique montre les limitations de la méthode utilisant la Fluorescence Induite par Laser (FIL) pour mesurer les concentrations de vapeur de carburant dans ces configurations. En raison de ces difficultés aucune quantification complète de l'évaporation dans un jet de gouttelettes en interaction ne peut être obtenue en utilisant cette technique. L'objectif de cette thèse est d'évaluer les possibilités quantitatives de la méthode AIR comme technique complémentaire ou alternative à la méthode FIL. Les moyens expérimentaux et les post-traitements des données développées pour cette recherche sont présentés. Une simulation numérique simplifiée du processus d'absorption dans un jet de gouttelettes est développée pour permettre des comparaisons avec les résultats expérimentaux. Les capacités de la méthode AIR à quantifier le champ de vapeur dans un jet de gouttelettes mono-dispersés d'acétone et dans un brouillard de n-octane sont évaluées par comparaisons aux résultats d'expérience et de simulations numériques publiés. Les perspectives de développement de la méthode AIR pour quantifier la concentration de vapeur autour de gouttelettes sont discutées.

Différentes configurations d’éprouvettes de zones de reprises de plis proches des applications industrielles en matériau carbone-époxy préimprégné unidirectionnel ont été étudiées sous chargement statique et de fatigue (R = -1). Après évaluation de l’influence de différents paramètres par un modèle éléments finis 2D, des configurations ont été définies et ont permis d’évaluer les paramètres suivants : positions des reprises de plis dans le stratifié, orientation des reprises de plis, et stratifié de base. Différents états de matériau ainsi que deux grammages du matériau préimprégné ont été testés. L’influence des paramètres sur les modes et lieux d’endommagement et sur la contrainte à rupture sous chargement statique de compression et traction a été identifiée. Sous chargement de fatigue les modes et lieux des endommagements et l’influence des différents paramètres sur la durée de vie en fatigue et les courbes SN ont été étudiés. La fréquence et la distribution des délaminages qui s’amorcent sur les côtés des éprouvettes ainsi que leur propagation dans l’éprouvette ont été observées et un scénario d’endommagement proposé. Un modèle éléments finis global-local en 3D a été mis en place afin de prendre en compte les effets de bord sur les contraintes interlaminaires autour des reprises de plis. Un critère d’amorçage de délaminage au bord des éprouvettes a été proposé en corrélation avec les lieux de délaminage observés en essais.

Le nombre croissant de charges utiles mises à poste dans l’espace et l’utilisation de systèmes électroniques embarqués de pointe nécessitent une rigoureuse connaissance de l’environnement spatial de notre planète en vue des choix technologiques à poser. Afin de mieux connaître l’environnement radiatif, une étude du transport de plasma dans la région interne de la magnétosphère terrestre est proposée ici, sachant que ce sont ces particules énergétiques qui vont venir peupler les ceintures de radiation. Dans le cadre de la modélisation, on s’intéresse à la source du plasma, son transport et les pertes de particules rencontrées au cours de ce dernier. Une étude paramétrique comparative de modèles de champs magnétique et électrique est ainsi menée, dévoilant l’influence capitale du champ électrique sur la dynamique des particules. Le même type d’étude est entrepris avec des modèles de la densité d’hydrogène dans l’exosphère, qui permettront par la suite d’estimer la perte de protons par échange de charge au cours de leur transport. Ces résultats ont motivé une étude plus approfondie du champ électrique sur la base des mesures proton et électron des détecteurs MEPED des satellites NOAA POES, en montrant la pénétration de particules à très faibles valeurs de L lors d’orages géomagnétiques. L’étude d’événements particuliers à différents niveaux d’activité magnétique et la simulation du phénomène permettent d’arriver à une caractérisation du champ électrique de convection dans la magnétosphère interne.

La prochaine génération de télescopes spatiaux devra repousser les limites des technologies actuelles afin d’accroitre les performances techniques et opérationnelles. Dans le cas d’observations difficiles, l'utilisation de plus grandes ouvertures des miroirs primaires est essentielle pour obtenir la résolution optique et la sensibilité requises. Toutefois, les grandes ouvertures primaires induisent un certain nombre de défis techniques tels que la masse, le volume et la raideur du miroir. La masse et le volume doivent rester acceptables par rapport au lanceur et la raideur du miroir, qui diminue avec l’augmentation du diamètre du miroir, doit être suffisante afin que les performances ne soient pas altérées par les déformations statiques et dynamiques. Pour surmonter ces limitations, des configurations de miroirs déformables comportant des éléments de contrôle actifs sont étudiées pour les futurs télescopes spatiaux. Les actionneurs piézoélectriques, qui répondent aux exigences de puissance massique et de bande passante, peuvent être utilisés comme éléments de contrôle actifs intégrés dans la structure de miroir. Toutefois, ces actionneurs montrent en fonctionnement en boucle ouverte des comportements non linéaires indésirables, comme le fluage et l'hystérésis, qui peuvent conduire à des inexactitudes indésirables et limiter les performances des systèmes. Par conséquent, pour les miroirs déformables activés par des actionneurs piézoélectriques, la compensation des non linéarités dans les actionneurs piézoélectriques est indispensable. La conception d’un miroir léger, compact et déformable à raideur adéquate est un défi très important pour les télescopes spatiaux mais n'est pas abordée dans cette thèse. Cette thèse porte sur le contrôle de surfaces de miroirs déformables actionnés par des actionneurs piézoélectriques et en particulier sur la compensation du fluage et de l'hystérésis dans les actionneurs piézoélectriques. La technologie de miroir actif étudié (avec des pieds activés, type miroir fakir) requiert un grand nombre d’actionneurs afin de tenir les exigences en termes de planéité de surface et ne permet pas un contrôle en boucle fermée de chaque actionneur (ce type de contrôle est trop exigeant en nombre de capteurs). La compensation du fluage et de l’hystérésis est donc réalisée en boucle ouverte et s’appuie sur des modèles précis des non linéarités à compenser et sur l’implémentation de modèles inverses. Un support d’étude expérimental a été élaboré au cours de la thèse afin de valider les études théoriques par des résultats expérimentaux. Il représente une partie d’un miroir de grande taille et consiste en une plaque de verre circulaire de diamètre 300mm dont la surface peut être actionnée par 7 actionneurs piézoélectriques annulaires. Les premières chapitres de la thèse concernent l’étude de la compensation en boucle ouverte du fluage et de l’hystérésis dans un seul actionneur qui est alors considéré comme un système SISO (single input – single output). Dans le dernier chapitre de la thèse, le fluage et de l’hystérésis sont compensés dans 3 actionneurs simultanément, ceux-ci formant un système MIMO (multi input – multi output). Les apports de la thèse concernent le développement de nouveaux modèles directs et inverses de fluage et d’hystérésis qui ont été validés par des expérimentations réalisées dans un contexte difficile de par la faible étendue des amplitudes de déplacement ( de l’ordre du micromètre).

Le travail présenté a pour objectif la prédiction numérique de la résistance résiduelle de grandes structures vis-à-vis d’évènements accidentels, tels que ceux rencontrés p. ex. dans le cas de la collision de navires ou d’impact d’oiseaux en aéronautique. Ces évènements peuvent dans certain cas conduire à la rupture, qui est ici considérée ductile. La difficulté de cette étude, consiste à reproduire dans une méthodologie unifiée basée sur la méthode des éléments finis les étapes successives menant à la ruine ultime de la structure. Ces étapes sont : l’endommagement ductile, la localisation de la déformation et la propagation de la fissure. Un élément essentiel pour la conception d’un modèle de fissuration ductile prédictif est le traitement numérique de la phase transitoire critique de localisation de la déformation induite par l’endommagement dans une bande de matière étroite. A cet effet, trois points de vue différents en termes de champ de déplacement à travers la bande de localisation sont proposés. Ces trois approches se distinguent par le type de discontinuité considérée : forte, faible et régularisée (expression non linéaire). Un cadre variationnel consistant est élaboré pour chacune des trois approches. Ainsi la cinématique enrichie est incorporée dans la formulation de l’élément fini en utilisant la méthode des éléments finis enrichis (X-FEM). Puis, la performance de ces méthodes est évaluée vis-à-vis de leur capacité à modéliser la phase transitoire entre endommagement diffus (mécanique des milieux continus) et propagation de fissure (mécanique de la rupture). Ces travaux sont réalisés dans le contexte de matériaux ductiles. D’après les analyses réalisées, la combinaison du modèle de ’discontinuité forte cohésive’ et la X-FEM semble être la plus prometteuse des trois approches étudiées pour allier physique et numérique. Le développement d’un tel modèle est discuté en détail. Enfin, deux critères supplémentaires sont définis : le premier pour le passage de l’endommagement diffus au modèle de bande cohésive et un deuxième pour le passage du modèle de bande cohésive à la rupture.

Durant le vol d'un aéronef, la collision avec un oiseau est un risque important que les autorités de certification imposent de prendre en compte. Dans le cas du choc sur pointe avant, la protection du fond pressurisé est assurée par un bouclier. La compréhension du comportement d'une telle structure sandwich sous impact est essentielle pour permettre l'amélioration des boucliers existants. Ces travaux ont pour buts de comprendre l'influence des différents paramètres de conception du bouclier sur son comportement et sur la protection de la cible, et de mettre en place une méthodologie pour réaliser une telle étude. Pour cela, un modèle éléments finis générique est créé pour être utilisé dans l'étude paramétrique. Une méthode de mesure de la déformée est proposée pour permettre la comparaison rapide d'un grand nombre de cas et la compréhension du comportement de chaque bouclier. Elle s'appuie sur la décomposition de la déformée en trois modes : Indentation, Flexion et Écrasement. Une étude de criblage est ensuite réalisée pour classer les paramètres de définition par ordre d'influence. L'étude paramétrique est réalisée sur les six paramètres les plus influents. Un plan d'expérience de type carré Latin est choisi et sept grandeurs différentes sont suivies. Le cadre des processus gaussiens est utilisé pour créer des modèles réduits, qui sont utilisés pour étudier l'évolution du comportement du bouclier sur l'ensemble du domaine à l'aide d'analyses de sensibilité. Les effets de chaque paramètre sont identifiés et expliqués. Enfin, une méthode pour l'utilisation de ces modèles réduits dans le cadre d'optimisations est proposée.