Ce travail concerne la simulation numérique et expérimentale du comportement mécanique des ballons pressurisés stratosphériques. Ce programme de recherche entrepris par le CNES et l'ONERA est basé sur (i) la modélisation du matériau polymère constitutif des ballons par des lois de comportement de type viscoélastique ; (ii) la simulation expérimentale de sous-ensembles de ballons lors de phases de vol; (iii) la validation des lois viscoélastiques par comparaison essais/calculs du comportement de sous-ensembles de ballons. Le dispositif expérimental utilisé, nommé NIRVANA, reproduit les conditions de vol d'un ballon, i.e. la température, la pression et la contrainte dans l'enveloppe. Dans le cadre des caractérisations en grandes déformations des polymères, l'instrumentation généralement mise en œuvre permet seulement d'accéder à des caractéristiques globales et macroscopiques. Le suivi de tels essais par la méthode de stéréo-corrélation d'images, méthode basée sur les principes de la photogrammétrie, permet d'accéder de manière fine aux champs de déplacements et de déformations sur la totalité de la surface mesurée. Cette richesse d'information expérimentale s'avère particulièrement utile pour la validation non seulement globale mais aussi locale des lois de comportement utilisées.

Le présent travail concerne une étude expérimentale de la croissance d'une bulle de vapeur unique dans un bain de FC-72 sous refroidi à pression atmosphérique. La configuration physique encore peu rencontrée dans la littérature se caractérise par des effets gravitationnels stabilisants : la bulle croît sous un élément chauffant (à flux pariétal imposé constant) à partir d'un site de nucléation artificiel indenté en son centre. Une étude de la dynamique de la croissance de la bulle est effectuée à partir d'un traitement d'images permettant d'accéder à l'évolution temporelle des différents paramètres géométriques associés à la bulle, tels que le diamètre maximal, la hauteur, le volume, les contours. Une analyse de certains paramètres permet de montrer notamment l'influence de la puissance de chauffe sur les transferts de masse et de chaleur. Par ailleurs, une observation par ombroscopie des différents modes d'instabilités convectives est présentée. L'influence de la présence d'incondensables sur le déclenchement de l'instabilité est discutée.

Nous étudions l'écoulement dans le plan de sortie d'un jet tournant à grand nombre de Reynolds généré à l'aide d'un nid d'abeilles tournant suivi d'une tuyère convergente. Des mesures fil chaud réalisées en sortie de deux tuyères de taux de contraction différents montrent l'apparition progressive de turbulence pour des valeurs identiques du taux de rotation de l'écoulement en amont des tuyères. Afin d'expliquer ce phénomène, nous étudions donc la dynamique de l'écoulement de conduite compris entre le nid d'abeilles et le plan de sortie des convergents. Un modèle stationnaire simple d'écoulement est d'abord introduit. Il montre la possibilité d'une recirculation à la paroi de la tuyère lorsque les conditions amont sont proches de la criticité, définie au sens des ondes inertielles pouvant se propager dans l'écoulement. Nous trouvons ensuite que ces solutions sont globalement stables à des perturbations axisymétriques, mais sont susceptibles d'amplifier fortement des perturbations de petite échelle initiées à l'amont de l'écoulement et suivies le long de leur trajectoire jusqu'en sortie.

Notre travail est consacré à l'étude de la diffraction de la détonation dans des mélanges acétylène/oxygène stoechiométriques dilués par l'argon (50 %; 66,7 % et 81 % en fraction molaire), d'un tube dans un cône. Les expériences ont été menées dans un tube de diamètre intérieur de 52 mm connecté à une chambre via des divergents coniques de demi angle variant de 15° à 90°. L'histoire de la transition a été enregistrée sur des plaques recouvertes de noir de carbone, ce qui nous a permis de déterminer les conditions critiques de transmission de la détonation et de décrire les phénomènes impliqués en fonction de l'angle de divergence et de la dilution en argon. Des résultats de simulations numériques bidimensionnelles axisymétriques sont présentés et discutés. Si les tendances expérimentales ont été reproduites, il est apparu qu'un accord quantitatif ne peut être obtenu en utilisant une réaction globale exothermique. Des calculs préliminaires ont été menés avec une loi de libération de l'énergie chimique en deux étapes exothermiques successives. Nos premiers résultats sont en accord qualitatif avec les observations expérimentales relatives à la double structure cellulaire de la détonation des systèmes réactifs où l'énergie est libérée conformément au modèle utilisé dans ces simulations, modèle qui pourrait s'avérer utile dans le cas des mélanges étudiés ici.

Nous présentons des Simulations des Grandes Échelles d'écoulements turbulents compressibles tridimensionnels se développant dans des conduits courbes de section rectangulaire. Ces écoulements sont caractérisés par la présence de flux secondaires intenses et de structures turbulentes responsables des transferts de masse et thermique. Le but est ici d'évaluer l'influence du rapport d'aspect de la section sur ce type d'écoulements. Les résultats montrent que ce paramètre modifie l'intensité et la localisation des tourbillons et donc indirectement le transfert de chaleur lorsqu'un chauffage est appliqué sur la paroi convexe.

On observe souvent dans la nature que l'ascension ou la chute d'un corps peut présenter des mouvements oscillatoires (spirale, zigzag) ou plus désordonnés. Nous nous sommes penchés sur les causes des instabilités du mouvement d'un corps en ascension sous l'effet de la gravité, dans un fluide au repos. Nous avons conduit une étude expérimentale des mouvements oscillatoires de corps légers montant librement dans un fluide peu visqueux. Des résultats originaux concernant la cinématique de cylindres minces sont présentés ici pour une large gamme de nombres d'Archimède (flottabilité sur effets visqueux) et du rapport de forme (diamètre sur épaisseur). Nous avons analysé les oscillations de la vitesse et de l'orientation des cylindres (fréquences, amplitudes et différences de phases), ce qui a mis en évidence l'effet crucial du rapport de forme dans le couplage entre la translation et la rotation.

L'objet de cet article est de présenter une méthode automatique, robuste et multicritère, d'optimisation de forme en aérodynamique automobile. Cette méthode est appliquée à l'optimisation du coefficient de traînée (Cx) d'une forme simplifiée de véhicule et paramétrée par les angles de lunette, de diffuseur et de rétreint. Dans un premier temps, un algorithme, basé sur la méthode stochastique des algorithmes génétiques, est développé. Ces méthodes présentent l'avantage d'être globales et multicritères mais possèdent un temps de convergence prohibitif vers la solution optimale. Pour pallier ce problème, une procédure d'évaluation approchée, basée sur les réseaux de neurones, est couplée aux algorithmes génétiques. Une étude numérique est réalisée sur la forme simplifiée de véhicule précédemment décrite, dans le but d'une part, de minimiser le coefficient de traînée de la forme étudiée et d'autre part, d'estimer le gain en temps de convergence apporté par la nouvelle méthode proposée.

Le calcul de structures mécaniques est un outil d'aide à la conception aujourd'hui largement utilisé. Quelle que soit la méthode de calcul de structures utilisée, l'adaptation du modèle de conception (géométrie, données technologiques, spécifications fonctionnelles) en un modèle de comportement spécifique au calcul de structures est une étape nécessaire nommée idéalisation. Cette étape particulièrement critique repose principalement sur l'expertise de l'analyste. Cet article propose une méthode d'aide aux choix d'idéalisation d'un modèle CAO en un modèle de comportement. La méthode proposée peut aider un analyste à effectuer ses choix d'idéalisation en respectant la qualité, le coût et les délais de simulation du système analysé. Elle est basée sur l'exploitation de résultats obtenus sur des calculs de référence, jugés similaires au calcul à traiter.

Ce travail est consacré à la présentation d'une nouvelle méthodologie de prévision de l'usinage par enlèvement de copeau. Cette méthodologie est basée sur le couplage fort entre le comportement thermo-mécanique et l'endommagement ductile. Elle utilise également une adaptation de la taille des éléments en fonction de critères physiques (endommagement, plasticité, ...) et géométriques (courbures locales, ...). Cette approche est étudiée et comparée à l'approche classique basée sur le simple écoulement visco-plastique.

La maîtrise des délais de conception et la robustesse des gammes de fabrication des turbo-réacteurs sont aujourd'hui incontournables. Les modélisations des procédés de fonderie et de forge sont couramment mises en oeuvre lors des développements afin d'optimiser la définition pièce aux procédés cibles, mais les insuffisances de modèles d'usinage actuels se font cruellement sentir. Une démarche d'analyse globale de faisabilité d'une pièce sensible a été mise en œuvre montrant l'intérêt potentiel et les attendus de l'usinage virtuel.

Nous introduisons dans cet article une application de la méthode des éléments finis étendus (X-FEM) au cas de la simulation numérique de la coupe, qui se trouve encore confrontée à des limitations d'ordre numérique. La gestion du problème du contact à l'interface outil/copeau est présentée, et l'intérêt du couplage entre X-FEM et la méthode des level-sets pour ce problème est mis en valeur. Les résultats de la validation, effectuée sur des exemples typiques, sont détaillés. Les premières validations sur un test d'usinage sont ensuite présentées, pour une loi de comportement de type fluide newtonien. Nous dégageons enfin les améliorations futures que la méthode est à même d'apporter à la simulation numérique de la coupe.

La modélisation de la mise en forme des structures souples présente un outil précieux d'aide à la conception. Elle permet d'étudier la faisabilité du procédé de fabrication ainsi que la prédiction des défauts qui puissent être générés. Cependant, il est nécessaire d'avoir une connaissance du comportement mécanique de la structure. Une modélisation du comportement mécanique des étoffes souples est présentée. L'identification des paramètres du modèle s'appuie sur des essais de traction uni-axiale. Une méthode d'identification par approche inverse basée sur des algorithmes d'optimisation est proposée. Des simulations de mise en forme par emboutissage avec remaillage adaptatif sont étudiées dans cet article.

On explique le faïençage thermique à grand nombre de cycles d'une structure, par l'arrêt de propagation dans l'épaisseur des fissures initiées à la surface. Sur certains composants de centrales nucléaires les configurations des réseaux de faïençage près des soudures ont été reliées aux signes des contraintes résiduelles de soudage. On montre par ailleurs que les contraintes résiduelles locales de soudage dépendent de la dérivée seconde spatiale du champ de température de soudage. Loin des soudures dans les zones de fortes compressions on explique la présence du réseau par l'effet pénalisant, pour un acier austénitique, du pré-écrouissage sur la fatigue en déformation contrôlée. On conclut finalement que l'opération du grenaillage peut être pénalisante pour les aciers austénitiques en fatigue thermique.

Les céramiques piézoélectriques présentent un couplage électromécanique leur donnant la capacité de développer sous une contrainte mécanique une charge électrique  proportionnelle à celle-ci et de se déformer en présence d'un champ électrique. Cette propriété est à la base des nombreuses applications telles que des actionneurs ou des capteurs. Pour des chargements plus importants, la réponse n'est plus linéaire. Ce comportement s'explique par la rotation de zones uniformément polarisées qui engendre une polarisation et une déformation irréversibles responsables des comportements ferroélectrique et ferroélastique. L'exploitation de ces comportements non-linéaires permet des déplacements plus importants mais elle est freinée par la complexité du comportement et l'absence d'outils de dimensionnement. Une modélisation phénoménologique décrivant la piézoélectricité, ferroélasticité et ferroélectricité est présentée. Des cyclages électriques ainsi que le phénomène de dépolarisation mécanique sont simulés sur la base de ce modèle.

Cet article porte sur la modélisation des culasses aluminium de moteurs diesel HDI en vue de prédire leur tenue en fatigue polycyclique. Celles-ci, avant d'être frettées, serrées sur le bloc moteur et utilisées en service, subissent un traitement thermique (trempe et revenu) afin d'améliorer leurs propriétés mécaniques. Lors de ce procédé d'importantes contraintes résiduelles sont générées. Leur modélisation est nécessaire pour obtenir des résultats numériques prédictifs. Une première difficulté vient de la modélisation des échanges thermiques. Pour cela, le choix d'une fonction analytique simple pour le coefficient d'échange H = f(Tparoi), suivi de l'optimisation des différents paramètres, a permis de modéliser les courbes de refroidissement. Une fois l'histoire thermique de la culasse modélisée, un calcul mécanique élastoplastique permet de déterminer les contraintes résiduelles. Celles-ci, fortement de traction dans la zone à risque, sont défavorables à la tenue à la fatigue polycyclique de la pièce dans le cas de la trempe à l'eau. La prise en compte de l'état résiduel de fin de traitement thermique dans la filière de dimensionnement à la fatigue polycyclique permet alors de caractériser les zones à risque expérimentalement observées.

Le but de ce travail est de mettre en évidence les paramètres qui influent sur la trajectoire de la tête lors d'une reconstruction d'accidents piétons en vue d'une meilleure prédiction numérique du risque lésionnel. Celle-ci est réalisée à partir d'un couplage de modèles multi-corps (pour le piéton) et éléments finis (pour la tête et le véhicule).

Cet article s'intéresse au problème de l'évaluation des modes de déplacement d'un robot à locomotion hybride roue-patte. Après une brève description du système mécatronique, nous présentons sa modélisation cinémato-statique dont l'originalité repose sur l'intégration des interactions roue-sol en terrains naturels. Les modèles d'interaction sont validés expérimentalement à l'aide d'un banc d'essai spécifique. Les modèles analytiques sont ensuite exploités pour réaliser une analyse comparative des performances de locomotion pour chacun des modes de déplacement sur différents terrains. Les critères considérés sont la marge de stabilité, la gradabilité et la consommation d'énergie.

Lorsqu'on brise en flexion des tiges cassantes, telles que les spaghetti crus, on obtient plus de deux morceaux, souvent trois, quatre ou plus. Dans le but d'expliquer ces brisures multiples, nous étudions la dynamique d'une tige fléchie juste en-deçà de sa courbure de rupture lorsqu'elle est soudainement libérée à une extrémité. Nous trouvons que la relaxation brusque de la courbure au bout qui vient d'être libéré induit un train d'onde de flexion dont la dynamique est décrite par une solution auto-semblable sans paramètre ajustable. Ces ondes de flexion augmentent localement la courbure et nous montrons que ce mécanisme contre-intuitif est à l'origine de la fragmentation des tiges cassantes en flexion. Nous présentons une expérience simple qui confirme cette assertion.