UPThèses

La connaissance des mécanismes physiques responsables de la production sonore par les écoulements turbulents est indispensable pour permettre l'élaboration des techniques de réduction et de contrôle du bruit d'origine aérodynamique. Dans ce travail, nous avons développé une méthodologie d'analyse s'appuyant sur une décomposition du terme source de l'analogie de Lighthill, qui fait apparaître explicitement la dilatation et la vorticité, et sur un filtrage en nombre d'ondes. Associé à des bases de données obtenues par calcul direct acoustique, qui offrent un accès simultané à toutes les quantités dynamiques et acoustiques, cet outil permet d'identifier le rôle acoustique des différents termes. L'application de notre méthodologie à l'analyse des sources acoustiques dans une couche de mélange, permet d'interpréter le rayonnement sonore comme le résultat de subtils déséquilibres spatio-temporels entre les termes. Une nouvelle version du code de calcul direct acoustique a ensuite été développée, afin d'obtenir des bases de données en configuration 3D pour un coût de calcul raisonnable. Nous avons choisi d'implanter des schémas compacts décentrés d'ordre élevé pour la discrétisation spatiale, et de tester leur aptitude au calcul direct acoustique sur un cas test. Les résultats obtenus montrent la capacité de ces schémas à contrôler les oscillations numériques à résolution marginale et soulignent leur robustesse. Deux simulations de jets 3D chaud et froid ont été réalisées, dont nous présentons des résultats dynamiques et acoustiques préliminaires.

L'objectif de ce travail est de comprendre, quantifier et prédire les conditions d'amorçage de l'endommagement dans les matériaux composites C/Epoxy aéronautiques soumis à un environnement thermo-oxydant. Un banc d'essai original a été conçu pour maintenir des échantillons composites en température, sous pression de gaz et sous chargement mécanique simultanément, afin d'étudier les couplages qui peuvent apparaître entre les mécanismes de déformation et de thermo-oxydation. D'un autre côté, une modélisation multiphysique est proposée. Elle est construite dans le cadre thermodynamique des milieux réactifs ouverts : cette approche permet de prendre en compte un grand nombre de mécanismes et établit la forme sous laquelle s'expriment leurs couplages. Le modèle est ensuite implanté dans un code de calcul par éléments finis, pour simuler de manière réaliste l'évolution du composite (champs de contraintes et d'éléments d'oxydation) pendant un cycle de thermo-oxydation. Afin de valider le modèle, une confrontation quantitative est effectuée entre les valeurs expérimentales mesurées de la profondeur des retraits matriciels et celles prédites par le modèle. Un bon accord a été trouvé dans diverses configurations, tant que le retrait généré par la thermo-oxydation ne conduit pas à l'endommagement du matériau. Dans le cas contraire, l'apparition de l'endommagement a été détectée et le scénario d'amorçage est maintenant correctement appréhendé. Enfin, une étude prospective est menée en vue de développer une approche multi-échelle, et mettre ce modèle au service de la prédiction de la durée de vie de pièces composites stratifiées.

Lorsqu'un matériau est soumis `a une onde de choc non-soutenue suffisamment intense pour induire sa fusion, les contraintes de traction générées à la réflexion de cette onde sur une surface libre se développent au sein d'un milieu liquide. Il en résulte un processus de fragmentation dynamique, appelé micro-écaillage, qui conduit à la création d'un nuage de fines gouttelettes. L'objectif de la thèse est d'améliorer la compréhension de ce phénomène afin d'en proposer une modélisation physique. Le travail expérimental, combinant des essais d'impact de plaques et de choc laser sur l'étain, permet de constituer une base de données de référence sur le micro-écaillage. Des d´eveloppements théoriques et numériques, reposant sur l'analyse de modèles existants fondés sur une approche énergétique globale, conduisent à la formulation d'un critère de fragmentation approprié au micro-écaillage, implémenté dans un code de calcul. Les résultats des simulations apportent une première description du nuage de particules : distributions de tailles, de vitesses et état du liquide qui les compose. En parallèle, une seconde approche de modélisation est entreprise pour mieux cerner les mécanismes physiques élémentaires mis en jeu lors du micro-écaillage. Motivée par des observations expérimentales, l'étude micro-mécanique d'une sphère creuse constituée d'étain liquide en expansion dynamique permet de d´ecrire l'évolution de la cavitation au sein des métaux liquides et d'en déduire les conditions pour lesquelles celle-ci peut effectivement conduire à la fragmentation. Les résultats de cette étude confortent certaines prédictions du modèle de fragmentation fondé sur une approche énergétique globale.

Les études menées dans cette thèse concernent le problème du placement optimal de tâches des robots redondants en vue d'améliorer leurs performances cinéstotatiques lors de l'exécution des tâches. Nous rappelons les concepts de la cinématique des manipulateurs ainsi que les notions de redondance et d'accessibilité. Nous examinons aussi les indices de performance cinématique proposés. Ensuite, nous évoquons les contributions existantes, sur le sujet du placement optimal robot / tâche. Ces travaux sont recensés selon trois groupes : ceux concernant l'accessibilité aux tâches; ceux consacrés à l'optimisation des performances cinétostatiques; et ceux envisageant la minimisation du temps du cycle. En tenant compte des limitations des méthodes publiées, nous résolvons le placement de tâches sous trois scénarios : optimisation d'un seul critère de performance pour un point de la tâche dans un environnement sans obstacles ; optimisation multicritère pour plusieurs points de la tâche dans un environnement sans obstacles ; et finalement optimisation globale d'un critère dans un environnement encombré. Nos méthodes constituent des contributions dans le domaine de la planification des mouvements des robots redondants. La prise en compte des contraintes assure l'obtention de solutions réalistes. Nous retenons deux aspects spécifiques de nos méthodes : le premier relatif à la démarche utilisée pour la synthèse de trajectoires articulaires continues entre les points-tâche dans le cas de l'optimisation multicritère ; le second relatif à la fonction objective que nous proposons dans le cas de la méthode avec contrainte anti-collisions. L'efficacité de nos méthodes est validée en les appliquant à des cas divers dans tous les scénarios envisagés.

Ces travaux concernent la modélisation d'une classe de composites particulaires fortement chargés s'endommageant par décohésion aux interfaces grains/matrice. Pour ce faire, une technique de transition d'échelle qualifiée d'"approche morphologique" (AM) a été choisie. Elle a été formulée par Nadot et al. (2006) pour un état d'endommagement donné, par extension des travaux de Christoffersen (1983). Un ensemble d'outils nécessaires à la description de l'évolution de l'endommagement (critères de nucléation, de fermeture et de réouverture de défauts) est ici formulé. Une première évaluation de l'AM ainsi complétée est ensuite proposée pour des constituants élastiques linéaires isotropes. Elle est réalisée à l'aide d'une procédure de résolution numérique discrète permettant de rendre compte de la chronologie de l'ensemble des nucléations, fermetures et réouvertures des défauts. Un algorithme de prédiction-correction permet en particulier d'adapter automatiquement le pilotage du chargement au séquençage des nucléations assurant ainsi une bonne prise en compte de leurs effets sur l'estimation des champs locaux et de la réponse homogénéisée. Sur quelques trajets de chargement significatifs, on montre les capacités de l'AM à décrire qualitativement la forme prise par l'endommagement (position, orientation,morphologie des défauts),, ainsi que ses effets aux deux échelles (effets unilatéraux, couplages entre anisotropies initiale et induite, quantification des différentes contributions formant les déformations locales...). Enfin, les bases de futures extensions, comme la prise en compte du caractère viscoélastique de la matrice ou encore la transposition au cadre plus réaliste des transformations finies, sont posées.

L'objectif principal de ce travail est l'étude de la planification de trajectoires pour les robots parallèles en prenant en considération les collisions et les singularités. Les développements ont été intégrés dans le logiciel SMAR du LMS. Ce logiciel, à l'origine limité aux robots sériels, a été enrichi en changeant sa structure pour permettre la modélisation et l'analyse des robots parallèles. Une étude des robots parallèles et des notions qui s'y rapportent, ainsi que les différentes structures de robots et les types de maillons et de liaisons qui les composent sont décrites. Les chaînes fermées sont modélisées à l'aide de différents types de contraintes entre maillons. Une méthode pour générer les équations du modèle cinématique en séparant les variables actives, passives et opérationnelles est présentée. Une méthode de planification de trajectoires permettant d'éviter les singularités et les collisions internes et externes est proposée. Cette méthode combine deux modes: un mode de recherche en profondeur et un mode de recherche en largeur. Un exemple de robot 3-RPR est traité pour illustrer les développements de cette méthode. Des résultats expérimentaux sont présentés pour valider le modèle. La première expérimentation est réalisée sur le robot translateur conçu au LGM Monastir et construit au L.M.S. La seconde expérience a été conduite à l'Université de Cassino sur un robot à câbles. Enfin, la dernière expérimentation est originale puisqu'elle a été menée sur un robot chien, qui a été traité comme un robot parallèle. Les résultats obtenus ont servi à valider les modèles développés dans la thèse.