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Des contraintes environnementales croissantes sont exercées sur le secteur industriel. Pour y répondre, celui-ci s'organise pour produire et diffuser des données environnementales d'Inventaire de Cycle de Vie (ICV). Cette méthode est actuellement fortement émergente au niveau européen pour l'évaluation des performances environnementales des produits. La qualité des résultats d'un ICV, n'étant qu'aussi bonne que celle des données qu'il utilise, mais leurs méthodes d'obtention ne sont pourtant que rarement décrites. Cet article propose, à partir des méthodes utilisées pour mesurer les émissions atmosphériques d'un procédé d'enrobage à chaud, de mener une réflexion plus large concernant la qualité des données des ICV. Après une brève présentation du procédé, les méthodes de calcul des flux et des incertitudes sont présentées, pour les polluants atmosphériques mesurés. Alors que les données environnementales d'inventaire sont toujours considérées proportionnelles à la masse produite, il apparaît que d'autres paramètres seraient plus sensibles, comme, ici, ceux du processus de combustion.
Ce travail propose une méthode pour l'analyse du comportement mécanique d'un os ostéoporotique basée sur l'imagerie scanner. Dans un premier temps, les propriétés mécaniques de l'os cortical et de l'os trabéculaire d'une tête de radius sont identifiées pour des échantillons numériques tridimensionnels construits à partir d'images scanner. Pour chaque pixel, la valeur locale du module d'Young est reliée à l'indice de gris. La simulation d'essais de compression et de cisaillement permet d'identifier un comportement isotrope pour l'os cortical et un comportement orthotrope pour l'os trabéculaire. Dans un second temps, les différentes images scanner sont utilisées pour construire un modèle numérique 3D de la tête du radius. Une analyse par éléments finis du modèle élaboré, basée sur les propriétés mécaniques identifiées précédemment, permet d'examiner le comportement global et local de la tête du radius sous différentes hypothèses de sollicitation.
Que les matériaux à base de maïs soient considérés comme des substituts des matériaux plastiques, ou qu'ils se présentent comme des produits alimentaires expansés (céréales petit-déjeuner, biscuits...), il est important de pouvoir évaluer leurs propriétés mécaniques, pour adapter les conditions de transformation, favoriser la sélection de la matière première et optimiser leur qualité. Par analogie avec le modèle des solides composites, l'analyse thermomécanique dynamique (DMA) montre que le comportement dépend fortement de l'adhésion entre amidon et particules protéiques. Les variations de viscosité élongationnelle avec la teneur en protéines et son lien avec le module élastique E', pour T>Tg+30°C, suggèrent que cette morphologie est fonction des mécanismes d'écoulement et d'expansion lors du procédé. En établissant les relations structure-procédé-propriétés, ces travaux ont favorisé la sélection variétale et la conception de produits céréaliers à la texture optimisée.
Dans le cadre du développement de nouvelles méthodes de mise en oeuvre de structures raidies, un procédé dit de "formage par retour élastique" est étudié. L'objectif est de définir un procédé dont la gamme de fabrication permettrait de conserver le maximum d'opérations "à plat", facilitant les opérations d'assemblages tout en réduisant les coûts en termes d'outillages. Le principe du procédé proposé est de mettre en tension le ou les raidisseurs de la structure puis d'assembler ces derniers "à plat" avec la tôle. La mise en forme s'effectue alors au relâchement de la tension du ou des raidisseurs. Les possibilités offertes par ce procédé sont étudiées à la fois par une approche analytique et une approche numérique. Une étude paramétrique basée sur une modélisation éléments finis a permis de décrire l'influence de différents paramètres sur la forme finale obtenue. Enfin, ce nouveau procédé est étendu au cas de panneaux double courbure.
La présente étude s'intéresse dans un premier temps au rendement d'une tour d'hydroliennes à axe de rotation vertical en configuration isolée. Les calculs sont effectués au moyen d'un code developpé au laboratoire LEGI qui couple un calcul Navier-Stokes 2D de l'écoulement général à une description macroscopique de la turbine. Cette méthode est validée par comparaison avec des résultats expérimentaux d'une éolienne de type Darrieus. Cette même tour est ensuite insérée dans un alignement de plusieurs tours qui forment ainsi un faisceau. Les résulats montrent que le rapprochement des tours profite au rendement moyen du faisceau. On procède enfin à l'étude de configurations spatiales de parcs marins composés de plusieurs faisceaux.
Dans ce travail, un échangeur de chaleur de type faisceau de tubes/calandre couplé à un champ ultrasonore a été conçu et étudié. Les premiers résultats expérimentaux illustrent une augmentation systématique du coefficient global de transfert de chaleur en présence d'ultrasons pouvant atteindre 250 %. Cette amélioration ne varie pas avec la puissance du champ ultrasonore mais est très sensible à la configuration hydrodynamique retenue.
Cet article s'intéresse à la détermination des propriétés mécaniques de matériaux sous forme de tubes par l'utilisation du procédé de gonflement.. Une étude comparative est réalisée entre deux modèles : une analyse théorique et un modèle par éléments finis. Le modèle théorique se base sur une analyse géométrique du profil du tube au cours du gonflement, qui est supposé se déformer en formant des arcs de cercle. Une analyse du comportement mécanique complète le modèle théorique, permettant ainsi d'évaluer l'état de contrainte et de déformation, ainsi que l'épaisseur du tube en n'importe quel point du gonflement. On simule par ailleurs sous LS-Dyna 970 le gonflement d'un tube en acier inoxydable 304L. Afin de valider cette étude, une analyse comparative sur plusieurs paramètres est finalement menée : la variation de l'épaisseur du tube au sommet du gonflement au cours de celui-ci, la variation d'épaisseur en fonction de la coordonnée axial Z du tube à la fin du gonflement, et enfin la contrainte de von Mises du tube en fonction de sa déformation plastique.
Les propriétés acoustiques de milieux poreux sont étudiées dans le cadre général de la théorie de l'homogénéisation, en supposant que l'échelle caractéristique des pores est petite devant la longueur d'onde, en appliquant les développements successifs du formalisme de Botin et Auriault (1993). Pour les milieux secs, on détermine la célérité d'une onde plane (de compression ou de cisaillement), et éventuellement la correction de polarisation, la dispersion de célérité ainsi que l'atténuation due à la diffraction de Rayleigh. Différents types de milieux modèles ainsi que des matériaux réels imagés par microtomographie X sont étudiés. Dans les milieux poreux saturés, le comportement acoustique est décrit par une équation de type élastique dans la phase solide et par les équations de Navier-Stokes dans le fluide interstitiel. La perméabilité dynamique et les célérités des ondes de compression et de cisaillement sont déterminées pour les mêmes milieux que précédemment.
L'emboutissage d'un godet occupe une place particulière dans les essais caractéristiques de mise en forme. Cet essai permet à la fois d'étudier la consolidation du matériau, l'effet du frottement, la rupture, le plissement et de construire les courbes limites de formage. Le développement d'un modèle analytique est intéressant car il peut fournir rapidement l'information sur les champs des déformations et des contraintes au cours de l'emboutissage et montrer l'influence des paramètres. Dans un premier temps, nous conduisons une analyse comparative des modèles analytiques issus de la littérature. Ensuite, nous proposons une approche basée entre autres sur l'hypothèse de l'homogénéité des contraintes de serrage induites dans la collerette du godet par le serre–flan. Rappelons que la plupart des autres travaux supposent l'invariance de l'épaisseur de la tôle dans cette zone. Les résultats des différentes approches sont comparés aux expériences ce qui permet de discuter la validité des différentes hypothèses.
L'implantation percutanée de prothèses valvulaires cardiaques est un défi aujourd'hui relevé par la médecine. Pour y répondre, nous développons un dispositif capable d'assurer le fonctionnement d'une prothèse textile de valve cardiaque sur son site d'implantation tout en étant compressible pour passer par les voies naturelles. L'expérimentation met en avant l'influence du stent sur la régurgitation statique et confirme le bon fonctionnement dynamique de la valve ainsi que le maintien en place géométrique de l'endoprothèse. De part sa fabrication à la manière d'un tressage, la compressibilité du stent est bonne et ce malgré l'usage de fil d'acier. L'implantation nécessite quant à elle le développement d'un cathéter spécifique afin de positionner l'endoprothèse sur le lieu du déploiement. Les résultats actuels sont encourageants et les performances in-vitro proches de celles observées pour les prothèses mécaniques et biologiques. La réponse du stent vis à vis de sollicitations répétées sera étudiée à court terme
La recherche de l'équilibration et du contrôle postural sont des paramètres importants dans la perspective de la réussite du tir. La répartition de l'ensemble des masses (carabine par rapport à l'athlète) oblige le biathlète à compenser la masse de la carabine par une adaptation posturale. Cette adaptation provoque une contrainte musculaire non négligeable qui peut perturber la stabilité du tireur. Le but de cette étude était de concevoir et réaliser une nouvelle structure de canon plus légère mais conservant des propriétés mécaniques équivalentes à la structure en acier. Le remplacement d'une partie de l'acier par un drappage carbone-carbone a permis de diminuer la masse du canon, de rapprocher le centre de masse de la carabine du centre de gravité de l'athlète et de procurer une meilleure stabilité lors du tir debout.
Afin de simuler numériquement le procédé d'injection, il est nécessaire de prendre en compte la phase de refroidissement et de solidification du matériau. Dans le cas d'un polymère semi-cristallin comme le polypropylène, l'existence d'un couplage fort entre les transferts thermiques, la cristallisation, la compressibilité ainsi que l'évolution des caractéristiques thermophysiques du matériau accroissent la complexité des calculs. Dans cette étude, après une détermination expérimentale des propriétés thermophysiques du matériau, une modélisation du refroidissement isochore d'un polymère tenant compte du comportement pression-volume-température (PVT) est présentée. Le modèle introduit un couplage entre tous ces phénomènes et permet de calculer l'évolution de la pression, de la température, de la cristallinité relative et du volume spécifique local dans la cavité du moule à partir d'une pression initiale élevée jusqu'à la pression atmosphérique et le début du retrait
On présente une comparaison de deux approches de la corrélation 3D d'images volumiques, développées indépendamment dans des contextes scientifiques différents. L'une est CorrelManu3D, développée dans le cadre de la mécanique des solides avec les images de tomographie à rayons X. L'autre, dénommée TomoWarp, dérive d'une approche géophysique d'analyses d'images de gisements sous-terrains. L'une et l'autre sont appliquées au suivi de la déformation et de l'endommagement dans divers géomatériaux soumis à des chargements mécaniques sous contrôle tomographique à rayons X. Nous comparons les deux approches sur le cas d'un essai triaxial sur roche argileuse avec confinement. Nous trouvons que, dans cet exemple, les deux approches donnent les quantifications de déformation localisée différente, probablement à cause des différences des raffinements sous-voxel utilisé.
Nous introduisons dans cet article un modèle granulaire cohésif de l'albumen de blé prenant en compte à la fois les granules d'amidon et une phase continue correspondant à la matrice protéique. La cohésion de la texture est gouvernée par l'adhérence entre l'amidon et la protéine, reflétant la nature biochimique de l'interface, et par la teneur en protéine qui assure la connectivité entre les granules. Nous présentons ici une étude paramétrique de la rigidité, de la résistance à la rupture et des régimes de fissuration en traction simple. Nous montrons que les données relatives à l'endommagement des granules d'amidon, en tant que descripteur de la friabilité, peuvent etre mises à l'échelle avec une ténacité relative tenant compte à la fois de l'adhérence entre amidon et protéine et de la quantité de protéine. Cette ténacité apparait alors comme un paramètre de controle gouvernant la transition des comportements de type "soft" à "hard". Ce paramètre combine la quantité de protéine et l'adhérence entre la protéine et les granules d'amidon, deux propriétées majeures généralement avancées pour expliquer la friabilité du blé.
Les sollicitations thermomécaniques locales et les changements métallurgiques sont les principaux phénomènes à l'origine de l'apparition des contraintes résiduelles induites par les opérations d'usinages. Les études réalisées dans ce domaine font intervenir des modèles éléments finis simulant la coupe. Ceux ci sont très difficiles à mettre en oeuvre du fait des incertitudes des coefficients de frottement interfaciaux, des modèles d'endommagement et de l'ensemble des paramètres numériques. La méthode présentée dans cet article permet de s'affranchir de la simulation de l'enlèvement de matière et a pour but de simuler les contraintes résiduelles dans la profondeur de la pièce en fonction des paramètres d'usinage utilisés. Dans cette méthode, l'approche faite des procédés d'usinage est plus globale et peut donc s'appliquer aussi bien sur des procédés de coupe (tournage) que d'abrasion (rectification). Le détail de la méthode ainsi qu'une application aux procédés de tournage et de rectification est donné dans cette article.
Le CEA-LITEN utilise une méthode de mesure d'énergie interfaciale basée sur la technique de flexion 4 points proposée par Charalambides. La valeur de mixité modale doit être connue pour exploiter les résultats de ces essais. Dans cette étude, la simulation par la Méthode des Eléments Finis a été mise en oeuvre pour préciser la mixité modale en fonction des propriétés mécaniques des matériaux et de la configuration des éprouvettes. Dans un second temps, le rôle des contraintes d'élaboration, importantes dans le cas des cellules de SOFC, a été étudié. Ces calculs permettent de dimensionner les éprouvettes.
Cette étude porte sur la mise en \oe uvre et la modélisation d'un dispositif expérimental de résonateur acoustique annulaire où la structure du champ est contrôlée au moyen de deux haut-parleurs placés le long du guide afin d'y générer une onde plane purement progressive. Un modèle électroacoustique complet de ce dispositif, permettant de déterminer prcisment le champ acoustique au sein du résonateur est présenté et confronté aux résultats expérimentaux. Une campagne de mesure par Anémométrie Laser Doppler (ALD) sera prochainement initiée et permettra de caractériser les phénomènes non linéaires apparaissant sous certaines conditions dans un tel système, et en particulier la génération d'un écoulement redressé. Ces données expérimentales, confrontées aux modèles existants devraient permettre une meilleure maîtrise de ce phénomène dont la compréhension fine s'avère nécessaire pour l'optimisation du rendement des machines thermoacoustiques.
L'Usinage à Grande Vitesse (UGV) est de plus en plus utilisé dans l'industrie mécanique ou micromécanique. La compréhension des phénomènes présents lors du procédé est un enjeu majeur pour l'optimisation des procédés industriels. Un certain nombre de modèles analytiques et de modèles par éléments finis sont disponibles dans la littérature. Pour augmenter la prédiction de ces approches, il est nécessaire de procéder à l'identification de modèles de comportement adaptés à ces sollicitations. Un modèle de comportement d'un acier inoxydable de type 304L basé sur la thermodynamique des processus irréversibles est donc proposé. Après discrétisation et implantation du modèle dans le code de calcul généraliste LS-Dyna©, des simulations des procédés sont menées et comparées avec des essais expérimentaux en fraisage. Cette comparaison amène alors à la corrélation et à l'identification du comportement par une boucle d'optimisation entre simulations et résultats expérimentaux.
La qualité de l'air dans les régions montagneuses dépend d'une dynamique atmosphérique locale aux vallées qui interagit avec les échelles synoptiques de météorologie. La modélisation associe un calcul tri dimenionnel instationnaire de type simulation des grands échelles à des schémas de réaction chimique. Ces modèles sont évalués par comparaison de leurs résultats avec des mesures collectées sur le terrain et par la bonne reproduction de phénomènes typiques de ces régions tels que les vents de vallée et l'évolution diurne de la hauteur de couche mélangée. Les modèles sont utilisés dans le cadre de scénarios pour évaluer des impacts d'émission sur la qualité de l'air. L'imbrication de domaines de calcul permet de prendre en compte la très large gamme d'échelles de mouvement. On s'appuie sur l'étude de deux sites réels : la vallée de Chamonix encaissée entre de fortes pentes, l'agglomération grenobloise avec des émissions de pollution typique d'une ville importante.
Un développement innovant des structures de protection contre les éboulements rocheux soumises à un impact est de les concevoir à partir d'un assemblage cellulaire. Les géo-cellules sont des éléments géocomposites (géomatériau entouré de grillage). La modélisation de ces structures se fonde sur une approche multi-échelles. A l'échelle locale, la cellule est modélisée en trois dimensions grâce à la méthode numérique aux éléments discrets. La réponse mécanique à différentes sollicitations quasi-statique et dynamique permet de déterminer un modèle constitutif de la cellule. Les développements et le calibrage des paramètres numériques se basent sur des modèles physiques. Les résultats obtenus à l'échelle de la cellule sont utilisés pour la modélisation de l'ouvrage.
Dans le cadre de l'optimisation des conditions de coupe en fraisage, la maîtrise des grandeurs énergétiques mises en jeu lors de l'usinage est essentielle. Pour ceci, les paramètres géométriques et cinématiques doivent être identifiés et contrôlés afin de vérifier leur influence sur l'ensemble des actions mécaniques de coupe. L'étude présentée constitue une première étape dont l'objectif final est l'élaboration d'un critère énergétique caractérisant l'ensemble des actions de coupe, et ceci indépendamment des conditions cinématiques d'usinage, permettant ainsi l'optimisation de celles-ci et la transposition des résultats vers une autre configuration. Le but de ces travaux est donc de mieux appréhender les phénomènes mis en jeu dans le cas du fraisage, où la coupe n'est pas continue, et où l'optimisation du procédé devient alors délicate. Nos études antérieures [Cahuc et al., 2000] ayant démontré l'existence des six composantes des actions de coupe, cette étude expérimentale s'intéresse tout particulièrement aux phénomènes influençant l'ensemble des actions de coupe.
Depuis 15 ans, le Friction Stir Welding (FSW) a suscité un intérêt grandissant tant dans le secteur industriel que dans celui de la recherche. Le procédé résulte d'un apport de chaleur par frottement entre l'outil et la pièce et d'une forte déformation plastique dans le matériau. Actuellement, malgré un nombre d'étude important, l'optimisation du procédé pour un matériau donné passe le plus souvent par des itérations expérimentales basées sur un couplage essais et observations. L'objectif de cette étude est donc de mettre en place un algorithme de calcul basé sur une modélisation thermique et géométrique du procédé, afin de pouvoir définir l'ensemble des paramètres de soudage permettant d'avoir une bonne soudure selon les besoins définis par l'utilisateur.
Des essais menés en chambre anéchoïque ont permis d'effectuer la détection des structures cohérentes longitudinales induites par un système de microjets impactant un jet subsonique à haut nombre de Mach et haut nombre de Reynolds. Une analyse statistique d'acquisitions par PIV stéréoscopique a été menée en utilisant le critère topologique Gamma2. La localisation de ces structures dans la couche de mélange et leurs propriétés statistiques (nombre, enstrophie) sont examinées pour déterminer l'influence aérodynamique du nombre de microjets. Le nombre de microjets, qui s'est révélé présenter une valeur optimale pour la réduction du bruit, s'avère dans le même temps imposer le développement des structures dans la couche de mélange.
L'ostéoporose est une maladie qui affaiblit la structure de l'os par la détérioration de l'architecture trabéculaire et par la diminution de l'épaisseur corticale et l'augmentation de sa porosité. Malgré le coût de santé public, son dépistage n'est pas systématique, et n'est basé que sur l'évaluation de la minéralisation d'un volume osseux à partir de sa projection plane. Aucune information directe sur la structure n'est donnée. Dans le but d'étudier la contribution de la structure osseuse dans la résistance de la partie proximale du fémur, un protocole expérimental simulant la phase d'appui monopodal de la marche, a été développé. Ces essais ont permis de mesurer l'effort à la rupture nécessaire pour provoquer des fractures au niveau du col fémoral semblables aux observations cliniques. Les résultats expérimentaux, serviront à développer un modèle numérique basé sur la théorie des poutres, pour étudier la contribution de l'enveloppe cortical et des faisceaux trabéculaires dans la résistance de la partie proximale du fémur.
Ce travail concerne le développement par la méthode des éléments finis d'un modèle numérique du mouvement des organes pelviens (prostate, vessie, rectum) et leurs interactions. Le but recherché à travers cette modélisation est la réduction des marges d'irradiation du volume cible au cours d'une séance de radiothérapie - en déterminant l'emplacement de la prostate - afin de ne pas altérer les organes sains avoisinants. En effet, dans le cas particulier de la prostate, les marges sont importantes puisque celle-ci est en déplacement permanent sous l'influence de plusieurs facteurs. Un premier modèle est construit en se basant sur la géométrie des organes pelviens générée à partir d'images scanner. Les conditions aux limites et les propriétés mécaniques sont définies et le maillage est réalisé. Des comparaisons entre les variations de forme et de position d'organes obtenues par simulation et les mesures effectuées par imagerie scanner ont permis d'asseoir la pertinence du modèle.
L'os cortical est un type de tissu dense situé à la périphérie des os longs. Lors des activités quotidiennes telles que la marche ou le maintien de posture il est soumis à un chargement mécanique important. L'absence de ce dernier limite le remodelage osseux, rendant l'os moins dense et moins solide, l'exposant à des risques de fractures. L'os cortical peut être assimilé à un milieu poreux saturé par un fluide interstitiel assurant le transport des nutriments et la mécanotransduction des signaux du remodelage osseux. La théorie de la poroélasticité est utilisée ici pour modéliser le comportement mécanique des tissus corticaux. Grâce à un modèle numérique (éléments finis) validé par ailleurs, le rôle de la perméabilité de l'ostéon est mis en exergue en simulant des phénomènes de fissuration de sa couche externe (couche cémentante). Cette étude vise ainsi à mieux appréhender le rôle du fluide dans la mécanotransduction du remodelage osseux.
Cette étude est consacrée au développement et à la validation d'une approche d'homogénéisation non linéaire appliquée au comportement mécanique de l'argilite du Callovo-Oxfordien. Le matériau est modélisé comme un composite à trois phases constitué d'une matrice élastoplastique et d'inclusions élastiques linéaires et élastiques endommageables. La loi constitutive macroscopique est obtenue à l'aide d'une adaptation de la méthode incrémentale de Hill (1965). Cette approche aboutit à la construction de l'opérateur tangent macroscopique du matériau qui dépend du comportement local non linéaire des phases. Compte tenu de la morphologie matrice/inclusion de la microstruture de l'argilite du Callovo-Oxfordien, un schéma d'homogénéisation de type Mori-Tanaka est utilisé pour la résolution du problème de localisation. Le modèle ainsi développé est appliqué à la prédiction des réponses macroscopiques contrainte-déformation de l'argilite du Callovo-Oxfordien sous différents trajets de chargement.
Les tissus biologiques mous constituant le corps humain font individuellement l'objet d'études visant à déterminer leurs propriétés mécaniques. L'étude propose l'identification des propriétés mécaniques des tissus de la jambe par le couplage d'images IRM et de différents niveaux de contention comme chargement mécanique. Celui-ci peut être assimilé à une compression sur une section complète de jambe. La méthode d'identification fait intervenir d'une part le traitement des images IRM (corrélation, extraction des volumes, etc...) et d'autre part la modélisation par la méthode aux élémentsfinis combinée à un algorithme d'optimisation. On présente ici une méthodologie d'identification basée sur un protocole de mesure non-invasif in vivo.
Les phénomènes non linéaires présents dans les systèmes thermoacoustiques sont responsables de l'apparition des écoulements continus secondaires qui se superposent aux oscillations acoustiques dominantes, pénalisant l'efficacité des systèmes. L'objectif de cette étude est de caractériser le champ acoustique dans un résonateur contenant un générateur d'onde thermoacoustique et de mettre en évidence les écoulements secondaires. Nous avons mesuré le champ de vitesse par vélocimétrie par images de particules (PIV). Les premières mesures, désordonnées par rapport à la période acoustique, ont permis de reconstruire la composante acoustique sur une période, en réordonnant les vitesses suivant leur phase avec une technique de projection par décomposition en valeurs singulières (SVD) Le calcul du champ de vitesse moyenné en temps montre l'existence d'un écoulement continu. Le deuxième type de mesures, synchronisées aux mesures de pression, apportent une meilleure précision sur les écoulements secondaires. L'estimation de la vitesse acoustique est en accord avec la théorie linéaire.
On propose une technique de réduction de l'influence du bruit de mesure sur la détermintation des facteurs d'intensité des contraintes. L'intégrale d'interaction est utlisée dans les développements présentés. Le champ d'extension virtuelle associé à cette intégrale est optimisé pour réduire l'influence d'un bruit affectant la mesure du champ de déplacement par corrélation d'images numériques étendue. Il est alors possible de prendre en compte la texture des images et les caractéristiques des fonctions de discrétisation grâce à un noyau de corrélation spécifique. Un exemple illustre les améliorations obtenues.
L'incidence du prolapsus pelvien atteint une femme sur trois tous âges confondus, et plus de 60% des patientes de plus de 60 ans. La prise en charge chirurgicale de cette pathologie devient une préoccupation première en gynécologie. Malheureusement, le taux d'échec des différentes techniques opératoires est de l'ordre de 40%. Ces récidives seraient attribuées à une mauvaise adéquation entre le choix de la technique et la pathologie et/ou à l'utilisation de tissu mécaniquement déficient dans les montages chirurgicaux de soutien. La modélisation et la simulation du comportement de la cavité pelvienne seraient une méthode d'évaluation objective et spécifique des troubles de la statique pelvienne et des différentes techniques opératoires. Les premières étapes de réalisation de ce modèle ont été élaborées. La caractérisation des tissus pelviens impliqués en statique pelvienne a été réalisée à partir d'essais de traction uni-axiale. Les conditions aux limites ont été définies à partir d'imagerie dynamique du pelvis et un modèle numérique est en cours d'élaboration.
Les logiciels de trajectographie constituent un outil indispensable pour la détermination des zones soumises à un risque de chute de bloc en zones montagneuses. Une amélioration fondamentale à apporter à ces codes de calcul est la caractérisation fine du rebond du bloc sur le sol. Dans cette optique, une modélisation numérique de l'interaction entre le bloc et le sol par la Méthode des Elements Discrets est développée de façon à étudier l'impact d'un bloc rocheux sur un éboulis. Le traitement statistique des résultats issus des simulations numériques permet de définir une loi d'impact stochastique valable quels que soient le point d'impact et les conditions cinématiques initiales du bloc.
La présence de débris d'usure de polyéthylène à haut poids moléculaire (UHMWPE) est une des causes principales du descellement des prothèses totales de hanche. Les travaux expérimentaux de Cooper ont montré de multiples détériorations microscopiques de la surface de la cupule dues à de l'usure par abrasion et adhésion. Les mécanismes de l'usure abrasive sont liés à différents paramètres tels que la charge normale et la vitesse de glissement appliquées mais également de l'angle d'attaque des particules d'usure ou des aspérités microscopiques. Le but de la présente étude est d'analyser l'effet de la géométrie d'une aspérité sur les mécanismes d'abrasion de la surface de la cupule en UHMWPE ainsi que la formation de particules d'usure. Il s'agit de simuler une aspérité rigide glissant sur la surface de la cupule en polyéthylène en utilisant la méthode numérique particulaire appelée « Smoothed Particle Hydrodynamics » (SPH).
Une fistule artério-veineuse permet chez les insuffisants rénaux d'accéder à un débit sanguin suffisant lors des séances d'hémodialyse. Nous avons établi, à partir d'images d'angio-scanner, un protocole d'investigation pour simuler l'écoulement sanguin dans ce vaisseau atypique. Dans cette étude, nous nous focalisons sur la fiabilité des simulations pour des réseaux réels et complexes. Nous avons comparé et optimisé plusieurs types de maillage (hexaédrique, hybride), en tenant compte de différents critères (qualité des mailles, profil de vitesse, cisaillement) sur une géométrie simplifiée. Nous appliquons ensuite le protocole de maillage hybride au cas réel pour relier les paramètres mécaniques obtenus par les simulations aux caractéristiques physiopathologiques issues de l'imagerie.
Les électrodes composites des piles à combustible à oxyde solide (SOFC) sont obtenues par frittage partiel d'un mélange de poudres conductrices ioniques et électroniques. L'amélioration des performances électrochimiques des électrodes composites passe par la multiplication des points triples (où le gaz, le conducteur ionique et le conducteur électronique sont en contact), la présence d'une porosité résiduelle suffisante et la percolation des deux réseaux de particule (ionique et électronique). Afin d'optimiser sa microstructure, nous modélisons l'électrode poreuse comme un assemblage de sphères dont le frittage est simulé par la méthode des éléments discrets. L'empilement fritté est ensuite remplacé par un réseau de résistances électroniques, ioniques et électrochimiques et la conductivité effective est calculée. Nos simulations mettent en évidence l'importance des phénomènes de percolation. Nous calculons aussi la conductivité effective d'électrodes à gradient de composition et nous proposons une nouvelle architecture, plus performante, où la percolation du réseau électronique est forcée.
Cet article présente un modèle éléments finis pour simuler et optimiser la mise en forme par pliage d'une pièce en titane commercialement pur destinée à une instrumentation de correction des déformations scoliotiques. L'outil numérique est en particulier utilisé comme indicateur technologique, notamment pour prévoir les dimensions de l'outillage compensant le retour élastique. Dans un premier temps, la simulation numérique est réalisée sur une pièce de référence fabriquée par le partenaire industriel. Le comportement mécanique du matériau est décrit au travers d'une loi élastique isotrope linéaire et d'un comportement plastique anisotrope. Nous montrons que le profil simulé de la pièce est en accord avec les mesures réalisées sur la pièce industrielle principalement si le phénomène de retour élastique est pris en compte. L'influence de l'angle d'ouverture de l'outillage sur ce phénomène est finalement discutée au travers d'une étude paramétrique.
Les caractéristiques de l'impact normal d'un écoulement dense de matériau granulaire sur un obstacle rigide sont investiguées. Un modèle expérimental de canal d'écoulement en laboratoire est couplé avec un modèle numérique aux éléments distincts. Le modèle expérimental nous permet de mesurer la force d'impact normale sur un obstacle instrumenté, ainsi que les caractéristiques de l'écoulement (vitesses, densité, hauteur). Le modèle numérique est tridimensionnel. Les lois de contact intergranulaire et grain-obstacle prennent en compte un comportement élastique (raideurs normale et tangentielle), ainsi qu'un comportement dissipatif (coefficient de restitution normal et coefficient de frottement tangentiel de type Mohr-Coulomb). Les profils expérimentaux de vitesse et de densité sont utilisés en tant que paramètres d'entrée du modèle numérique. Les forces normales d'impact expérimentale et numérique sont comparées, dans le but d'obtenir un calibrage des caractéristiques de la loi de contact grain-obstacle.
Dans ce travail, nous appliquons la théorie des champs virtuels développée par Grediac et al. (2002) à l'étude de la caractérisation des propriétés mécaniques isotropes transverses de la paroi artérielle saine. Nos résultats montrent que cette approche reste prometteuse malgré une sensibilité au bruit non négligeable lorsque l'on cherche à caractériser en particulier le module d'Young radial de la paroi vasculaire. Abstract : This work is an adaptation of the theory of virtual fields developed by Grediac et al. (2002) for the identification of the orthotropic mechanical properties of the arterial wall. From this method we successfully characterized the anisotropy of a healthy arterial wall. Nevertheless, the robustness of the algorithm towards noise and particular when the radial Young's modulus is investigated, seems limited.
Les effets d'échelle en microformage peuvent être observés aussi bien sur l'écrouissage du matériau que dans les conditions de frottement à l'interface outil/matière. Ici nous proposons un plan d'expériences numérique basé sur des essais de compression de cylindre afin de mettre en évidence l'influence des propriétés géométriques de surface sur l'effort de compression. Les surfaces de l'outil et du cylindre ont été modélisées par un profil sinusoïdal. Ainsi, les cinq paramètres d'entrée pour le plan d'expériences numérique sont l'amplitude et la période du profil sinusoïdal pour l'outil et le cylindre ainsi que le déphasage entre les deux profils en contact. L'évolution de l'effort de compression est utilisée comme paramètre de sortie du plan d'expériences numérique. L'analyse des résultats du plan permet de mettre en évidence la sensibilité des paramètres tribologiques des surfaces vis-à-vis de l'effort de compression. Sur la base de ce plan d'expériences numérique, une modélisation plus réaliste des conditions de contact et frottement en microformage tenant compte des critères de rugosité peut être envisagée.
Cette étude s’appuie sur le modèle physique de propagation HIGRAD/FIRETEC, pour évaluer les effets des caractéristiques de la végétation (charge en combustible, recouvrement, dimensions des bouquets d’arbres) sur la propagation du feu. Les résultats de calcul sont analysés en terme de vitesse de propagation, de mode de propagation (propagation en cime active ou passive) et de dégâts aux canopées. Les caractéristiques de la propagation s’avèrent dépendre de seuil sur le recouvrement et la charge et peuvent être largement influencées par la structure de la végétation. Cependant, cette première partie de l’étude a été réalisée sans reproduire fidèlement les turbulences générées par la canopée elle-même sur le vent ambiant simulé. L’usage de conditions limites périodiques et le pré-calcul de l’écoulement permettent de s’appuyer sur des champs de vents plus réalistes. Une validation de ces calculs d’écoulements est présentée ici, et l’objectif à court terme est d’intégrer ces champs de vent à notre étude sur les effets de la structure spatiale de la végétation.
Dans de nombreuses applications du génie civil, la détection précoce d'un état de rupture constitue un enjeu fondamental. Dans le contexte de la géomécanique, une classe fondamentale de rupture pour un système, contrôlé par des paramètres bien définis, correspond à la création d'énergie cinétique sans évolution des paramètres de contrôle. Il est alors montré que de telles bifurcations peuvent être détectées par l'annulation du travail du second ordre, à l'échelle macroscopique, défini à partir du champ de variables contraintes-déformations tensorielles. En outre, tenant compte de la nature souvent discrète des géomatériaux, on établit que le travail du second ordre macroscopique, évalué à l'échelle d'un assemblage granulaire, correspond à la somme de tous les travaux du second-ordre microscopiques, évalués au droit de chaque contact de l'assemblage à partir des grandeurs discrètes. Cette équivalence micro-macro fondamentale donne lieu à une interprétation micro-structurelle de l'annulation du travail du second ordre au sein d'un assemblage granulaire.
Dans le domaine des filtres à particules, les mousses métalliques utilisées ont un comportement anisotrope. Cette anisotropie est principalement due à la morphlogie des mousses. Or le procédé de fabrication a une grande influence sur la morphologie finale de celles-ci. Le but de cette étude est donc de mettre en évidence les effets du procédé sur la taille et l'orientation des cellules dans la mousse. La micro-tomographie à rayons X combinée à de l'analyse d'image numérique a permis de déterminer toutes ces caractéristiques pour un grand nombre de cellules.
Les transmissions automobiles actuelles, organes de transmission de la puissance aux roues avants, sont constituées d'un joint tripode coulissant (côté moteur) nécessaire au débattement de suspension et d'un joint à billes (coté roue) nécessaire au braquage. Ces 2 joints sont reliés par un arbre intermédiaire. Le joint à billes est homocinétique alors que le joint tripode ne l'est pas exactement. Lors de la transmission de la puissance mécanique aux roues, le joint tripode coulissant génère un effort axial cyclique à la fréquence triple de la rotation de l'arbre d'entrée. Cet effort axial est à l'origine d'une vibration transverse au véhicule que les constructeurs automobiles cherchent à réduire. Nous présentons ici les mécanismes de génération de cet effort à l'aide de modèles en corps rigides recalés sur les essais. Les deux seuls paramètres externes influant présentés ici sont l'angle de brisure et le couple transmis.
Les modèles d'acoustique phénoménologique permettent, à partir de la description géométrique d'un matériau poreux, d'obtenir sa courbe d'absorption en fonction de la fréquence d'une onde le traversant. Faciles à programmer et à calculer, ces modèles permettent lors de la phase de conception d'une architecture poreuse d'accorder la structure aux exigences d'un cahier des charges. Nous présenterons une utilisation de ces modèles dans le cadre d'une approche Material-by-design.
Les matériaux à topologie autobloquante sont un nouvel exemple de "matériaux hybrides", intermédiaires entre les matériaux et les structures, tout comme les composites, les mousses structurales, les matériaux enchevêtrés, les structures sandwich. Ils sont constitués de blocs élémentaires ajustés périodiquement et maintenus en contact par des conditions aux limites de compression. Nous avons étudié expérimentalement l'influence du coefficient de frottement et des conditions limites sur le comportement en indentation d'assemblages de blocs ostéomorphes réalisés en glace. Nous avons modélisé par éléments finis le contact avec frottement entre deux blocs ostéomorphes élastiques, en fonction du confinement par les autres blocs et du coefficient de frottement. Nous implémentons actuellement un code C++ basé sur la méthode des éléments discrets qui utilisera les lois locales déterminées par éléments finis pour simuler le comportement élastique et l'endommagement de grandes structures autobloquantes.
Dans cet article nous proposons une démarche pour aider au choix de conception de robots pour des applications médicales. A partir d'une étude menée sur des robots existants, nous analysons les cahiers des charges d'applications médicales différentes afin de déterminer les contraintes prépondérantes pour la conception des robots. Puis, nous nous intéressons à la phase de synthèse topologique des mécanismes. Une analyse statistique élaborée à partir de la classification des robots nous permet de retenir une famille de topologies qui constitue une base de solutions pour la conception mécanique de robots médicaux. Nous énonçons un ensemble de règles établissant une relation entre une contrainte de type « cahier des charges » et une caractéristique topologique de la cinématique. L'organigramme proposé constitue un outil pour l'aide à la conception de robots médicaux.
Ce papier présente le développement d'une approche mécano-fiabiliste qui porte sur l'évaluation du risque de défaillance d'éléments de structures collés. Dans le cas des applications marines, les structures ont des propriétés géométriques et mécaniques aléatoires et sont soumises en général à des chargements de natures stochastiques. Dans le but de simplifier la résolution numérique, une modélisation par éléments cohésifs est retenue pour modéliser l'adhésif dans l'assemblage. La probabilités de défaillance cumulée est alors évaluée par deux variantes de la méthode PHI2. Les possibilités de l'approche sont présentées sur un exemple.
Dans ce papier nous étudions la cinématique des manipulateurs parallèles en se basant sur la notion de contraintes géométriques. Cette méthode permet d'obtenir systématiquement le modèle cinématique de n'importe quelle architecture de robot parallèle. En effet, les manipulateurs parallèles sont des manipulateurs en chaîne cinématiques fermées, constitués d'un organe terminal et d'une base fixe reliés par des chaînes cinématiques indépendantes. Afin de décrire les fermetures des chaînes cinématiques nous utilisons des contraintes géométriques. Ces contraintes permettent de générer des équations de fermeture de chaînes. Ces équations font intervenir à la fois des variables actives, des variables passives et des variables opérationnelles. En se basant sur ces équations nous montrons comment détecter les singularités et comment éliminer d'une manière systématique les variables passives pour obtenir les modèles cinématiques direct et inverse.
Ce papier présente une approche probabiliste pour la prévision de la tenue à la fatigue polycyclique des pièces mécaniques contenant des défauts de surface. Elle est basée sur un critère de fatigue multiaxiale pour des matériaux à défauts, proposé par Nadot et al, et sur une approche de prévision probabiliste de la tenue à la fatigue polycyclique proposée par Ben Sghaier et al. Elle permet de prendre en compte la dispersion de la taille des défauts. Des simulations élastoplastiques ont été réalisées pour déterminer la distribution des contraintes autour des défauts. Plusieurs calculs ont été réalisés avec différentes tailles et avec différentes sollicitations, permettant d'obtenir les expressions de la pression hydrostatique maximale et de l'amplitude de la cission, par la technique des surfaces de réponse. Le point représentatif du chargement est transformé en une surface générée par des tirages aléatoires des tailles des défauts. La fiabilité a été calculée par la méthode de simulation de Monte Carlo.
Le niveau des cycles limites obtenus dans les zones d'instabilité des systèmes frottants dépend fortement de la valeur du coefficient de frottement qui admet des dispersions importantes. Ainsi, l'objectif des travaux est d'étudier le comportement dynamique d'un système frottant afin de pouvoir déterminer la dispersion de l'amplitude des cycles limites lors des instabilités de type sprag-slip en prenant en compte les incertitudes du coefficient de frottement avec une approche par intervalles.
La modélisation des interfaces de manière discrète permet une étude fine de leur structure et de leur comportement. L'utilisation d'aspects stochastiques enrichit la modélisation. On s'intéresse ici à la dégradation progressive des liens entre les deux surfaces en contact. Une modélisation récursive est proposée ; les variations des modules d'Young et coefficients de Poisson décrivant le comportement des fibres composant l'interface conduisent à une loi de type Scott Blair caractérisée par un exposant différentiel fractionnaire. Le seuil de rupture potentiel des fibres est décrit par diverses lois de probabilité. Des simulations de fluage et de traction sont réalisées, décrites par des équations aux dérivées fractionnaires stochastiques. En regard de solutions analytiques obtenues dans quelques cas particuliers à l'aide de la transformation de Laplace, une méthode basée sur les polynômes d'Adomian est présentée. La convergence de la méthode est envisagée.
Une méthode spectrale a été développée pour le calcul de la réponse de systèmes à coefficients paramétriques périodiques et à excitation externe aléatoire. Utilisée jusqu'à présent pour des systèmes discrets, on cherche ici à l'appliquer à des rotors géométriquement dissymétriques. Pour cela, on considère le cas d'un rotor constitué d'un arbre déformable de section rectangulaire et d'un disque rigide. Le système arbre-disque est supporté par des paliers souples et sa base, supposée rigide, est embarquée par un mouvement de translation modélisé par un bruit blanc gaussien stationnaire. Les équations du mouvement sont obtenues par la méthode de Rayleigh Ritz pour laquelle 4 fonctions de déplacement sont considérées. La réponse obtenue par application de la méthode spectrale sur cet exemple est comparée avec celle issue d'une simulation de Monte Carlo.
Une analyse de sensibilité (AS) permettant d'identifier les propriétés matériau les plus influentes sur la variabilité des réponses (contraintes résiduelles et distorsions) est appliquée au cas de la Simulation Numérique du Soudage (SNS). Classiquement, l'AS est menée de façon locale ce qui limite ses résultats à un matériau donné. Nous proposons une AS globale couvrant l'espace matériau des aciers. Une modélisation probabiliste traduisant la variabilité des paramètres matériau dans la famille des aciers est utilisée et les données d'entrée de la SNS sont échantillonnées par hypercubes latins (LHS). Cette démarche, totalement innovante en SNS, a démontré la possibilité de réduire la phase d'identification aux seuls paramètres importants.
Les inspections de structures existantes par des techniques de contrôles non-destructifs (CND) ne fournissent pas un résultat exact et il est courant de modéliser leur fiabilité en terme de probabilité de détection (PoD), probabilité de fausse alarme (PFA) et courbes de performance (ROC). Ces probabilités sont déterminées soit à partir de campagnes d'intercalibration soit par modélisation des densités de probabilité du bruit et du signal. Dans ce dernier cas, lorsque le bruit et le signal dépendent de la localisation sur la structure, les PoD et PFA sont des fonctions de l'espace. Cet article présente comment définir ces grandeurs lorsque le dommage et la procédure de détection sont des champs stochastiques.