Étude du comportement des plateformes en sol traité sur inclusions rigides : approches expérimentales et numériques

Doctorant : Julien MANNAH

Laboratoire INSA : GEOMAS - Géomécanique, Matériaux, Structures

École doctorale : ED162 : MEGA de Lyon (Mécanique, Énergétique, Génie civil, Acoustique)

La technique de renforcement des sols par inclusions rigides (IR) a connu un développement rapide au cours des dernières années. Cette technique combine des inclusions rigides verticales traversant la couche de sol compressible et une plateforme de transfert de charge (PTC) installée entre l'ouvrage et les inclusions. Ces éléments transfèrent la charge vers des horizons porteurs en pied d'inclusions sans surcharger la couche de sol compressible. L'utilisation des plateformes de transfert de charge granulaires est courante dans les projets de renforcement du sol par inclusions rigides. Cependant, l'exploitation des ressources naturelles a fortement augmenté due à la croissance démographique et l'évolution du marché de la construction, d'où la nécessité de trouver des solutions alternatives afin de limiter la pression sur les ressources en matériaux granulaires. Dans ce contexte, un traitement de la couche supérieure du sol en place peut être envisagé afin de limiter le sol d'apport. Le projet national ASIRI « Amélioration des sols par inclusions rigides » a été mené en France entre 2005 et 2011 pour proposer des règles de mise en œuvre et de dimensionnement du renforcement de sol par IR. En 2019, un nouveau projet national (ASIRI+) a été initié pour compléter les recommandations ASIRI (2012) sur des sujets insuffisamment traités tel que celui des PTC en sol traité. Les travaux de la présente thèse intitulée « Étude du comportement des plateformes en sol traité sur inclusions rigides : Approches expérimentales et numériques » s'intègrent dans le cadre du projet national ASIRI+ et ont pour objectif d'apporter des éléments de compréhension sur les mécanismes développés au sein des plateformes sur IR et de proposer de nouvelles règles de dimensionnement. Les moyens mis en œuvre sont expérimentaux avec des essais en laboratoire à échelle 1, des caractérisations des différents traitements et des ouvrages réels instrumentés. Ces moyens sont aussi numériques par la modélisation numérique de ces renforcements de sol calibrée sur les résultats des expérimentations. Enfin, un volet environnemental complète cette étude avec une analyse de cycle de vie (ACV) qui prend en compte les impacts environnementaux des PTC granulaires et traitées. Les essais de caractérisation en laboratoire montrent bien l'effet du traitement sur les résistances mécaniques du sol traité. Des essais de résistance à la compression, flexion, traction (essai brésilien) et au cisaillement (essais triaxiaux) sont réalisés pour évaluer les performances mécaniques du sol traité. Plusieurs essais à échelle 1 permettent de tester le comportement des PTC en sol traité sur inclusions rigides où un comportement assimilable à celui d'une dalle est observé. Deux modes de rupture « poinçonnement et flexion » sont observés dans ces essais. L'instrumentation montre que le transfert de charge dans les PTC traitées est immédiat contrairement au cas des PTC granulaires où les mécanismes de transfert de charge sont un peu plus progressifs. L'effet de la présence d'une plateforme de travail sous les PTC traitées est aussi évalué dans ces essais. Le modèle numérique développé permet d'évaluer à travers une étude paramétrique l'effet de différents paramètres sur l'efficacité en contrainte et en tassement du système. Le schéma du cône de cisaillement (ASIRI, 2012) représente le mieux les mécanismes de transfert de charge dans la PTC traitée. La diffusion de la contrainte est assimilée à un tronc de cône, issu de la tête de l'inclusion et formant un angle <p par rapport à la verticale. Cela a été vérifié numériquement, analytiquement et expérimentalement. L'ACV réalisée prend en compte les effets environnementaux des PTC granulaires et traitées et montre qu'une analyse multicritère est requise pour chaque projet de renforcement du sol afin d'évaluer l'impact environnemental global.

Intelligence artificielle pour optimiser le contrôle distribué des vibrations : Application aux réseaux de transducteurs dans les structures intelligentes.

Doctorante : Maryne FEBVRE

Laboratoire INSA : LAMCOS - Laboratoire de Mécanique des Contacts et des Structures

École doctorale : ED162 : MEGA de Lyon (Mécanique, Énergétique, Génie civil, Acoustique)

Les matériaux intelligents, comme les transducteurs piézoélectriques, sont devenus essentiels en ingénierie moderne pour des applications telles que le contrôle des vibrations, la récupération d'énergie et la propagation des ondes. Ces éléments multiphysiques permettent de développer des structures intelligentes adaptatives, capables d'interagir avec leur environnement, et de résoudre des problématiques liées à l'instabilité et à la fatigue des matériaux. Cependant, l'optimisation de ces systèmes devient de plus en plus complexe à mesure que le nombre de transducteurs et de paramètres ajustables augmente. Cette thèse explore l'optimisation du contrôle des vibrations dans les structures intelligentes à l'aide de l'apprentissage par renforcement profond (DRL pour Deep Reinforcement Learning). Plusieurs lois de contrôle actif ou passif sont appliquées aux transducteurs piézoélectriques. Le réglage de ces lois par DRL est comparé à des méthodes d'optimisation traditionnelles telles que le simplex et les algorithmes génétiques. L'efficacité est évaluée en termes d'atténuation des vibrations, de stabilité structurelle et de performance de calcul. Des analyses modales, à la fois numériques et expérimentales, sont effectuées pour valider la faisabilité du contrôle sur diverses structures, allant de modèles unidimensionnels basés sur des éléments finis à des réseaux complexes de transducteurs. Les résultats mettent en évidence l'efficacité du DRL pour ajuster des lois de contrôle en boucle fermée multi paramètres tout en tenant compte de fonction d'optimisation non linéaires incluant des contraintes de stabilité. Cependant, des défis tels que l'aléa dans l'entraînement et la divergence sont surmontés grâce à des stratégies basées sur la mémoire, renforçant la robustesse et l'adaptabilité aux variations environnementales. Ce travail fait progresser les méthodes basées sur l'intelligence artificielle pour le contrôle des structures intelligentes distribuées, établissant un lien entre les domaines de l'intelligence artificielle et des matériaux adaptatifs.

Traitement des eaux pluviales et des surverses de déversoir d'orage par filtres plantés à écoulement vertical avec aération forcée pour améliorer la qualité de l'eau

Doctorante : Daniella GONÇALVES PORTELA

Laboratoire : REVERSAAL - REduire Réutiliser Valoriser Les Ressources Des Eaux Résiduaires
École Doctorale : ED206 Chimie de Lyon

Les surverses de déversoir d'orage constituent des sources importantes de pollution aquatique et ont été efficacement traitées par les filtres plantés à écoulement vertical. Cependant, les performances du système en matière d'élimination des polluants dissous et des micropolluants peuvent être affectées par les caractéristiques des précipitations. C'est pourquoi deux filtres plantés à écoulement vertical (CSOA et CSOB) , équipés d'un nouveau design avec aération forcée et d'une couche saturée d'environ un mètre ont été testés sur une période d'un an et demi. Le CSOA utilisait du gravier comme couche de filtration supérieure, tandis que le CSOB utilisait du sable et une couche de transition. Des traçages ont été effectués pour évaluer leur hydrodynamique. Les stratégies d'aération ont été testées dans le CSOA et la stratégie d'aération optimale a ensuite été testée sur les deux filtres pour comparaison, et les effets des charges organiques et hydrauliques variables ont également été évalués. Les paramètres globaux de qualité de l'eau et les micropolluants ont été mesurés à l'entrée et à la sortie, tandis que le potentiel redox et les concentrations en oxygène ont été surveillés en ligne. Quelques échantillons d'indicateurs fécaux (FI) ont été prélevés. Les résultats indiquent que l'aération a augmenté le temps de résidence et l'agitation dans les filtres. Dans des conditions fortement aérées, les polluants dissous, tels que la DCO dissoute et NH4-N, ont été efficacement éliminés. Cependant, l'observation de taux de nitrification plus élevés indique que la transformation du NH4-N en N03-N pendant l'alimentation dépendait fortement de l'accumulation d'azote lors des essais précédents. Enfin, les micropolluants, y compris certains produits chimiques industriels fréquemment présents dans l'influent, peuvent être éliminés dans le filtre. Cependant, l'aération n'a pas été un facteur clé pour l'élimination des micropolluants et des FI, contrairement à l'élimination des polluants dissous.

Analyse de la robustesse de HEMT GaN 650 V durant des courts-circuits répétitifs

Doctorant : Adrien LAMBERT

Laboratoire INSA : AMPERE

École doctorale : ED160 : EEA (Electronique, Electrotechnique, Automatique)

Depuis les années 1950, l'électronique de puissance s'est développée grâce au silicium, qui est devenu le matériau dominant pour les semi­ conducteurs de puissance. Le silicium a en effet prouvé sa fiabilité, est facile à purifier et, après des décennies de réduction des coûts, est devenu très abordable. Cependant, après cinquante ans d'améliorations, les limites physiques du silicium ont été atteintes et ne répondent plus aux besoins des nouvelles applications, comme des fréquences de fonctionnement plus élevées et une puissance accrue. Les matériaux à large bande interdite (WBG), tels que le diamant, le nitrure de gallium (GaN) et le carbure de silicium (SiC), ont émergé pour relever ces défis. En dépit d'une grande vitesse de commutation et d'une conductivité thermique accrue, les composants GaN doivent démontrer leur robustesse et leur fiabilité, notamment face aux courts-circuits, pour être largement adoptés dans des secteurs tels que l'automobile et l'aéronautique. L'étude des courts­ circuits a commencé il y a quelques années avec les premiers travaux observés en 2013. Cependant, les études restent limitées à plusieurs égards. La technologie normalement bloquée des composants p-GaN et cascade a été étudiée presque exclusivement et les tensions les plus élevées n'ont pu être atteintes qu'au prix de concessions (environnement surchauffé, augmentation de la résistance de grille). La littérature est inexistante pour la technologie normalement passante. De plus, les études actuelles se concentrent principalement sur la robustesse des composants face à un unique court-circuit destructif et sur le temps avant défaillance. Plutôt que de réaliser des courts-circuits destructifs, avec une analyse du composant d'autant plus difficile une fois celui-ci détruit, il a été décidé de réaliser des courts-circuits répétitifs et non destructifs. Ces courts-circuits sont entrecoupés de caractérisations électriques afin d'identifier les variations paramétriques et de mieux comprendre les mécanismes de dégradation et de défaillance. L'étude des dommages induits constitue donc un point clé et contribuera à la conception de puces plus robustes face aux courts­ circuits. Deux fournisseurs de composants GaN de 650 V ont été sélectionnés, incluant des composants normalement passants et normalement bloqués. Un banc d'essai de courts-circuits spécifiquement conçu pour les composants GaN HEMT de 650 V a ainsi été développé. Il se compose de trois parties : une carte mère d'alimentation, une carte tille pour le composant, et une carte de commande. Un sarcophage a été conçu par impression 3D. Il maintient le composant par pression sur la carte tille et élimine la nécessité de souder les composants, réduisant ainsi les contraintes thermiques sur la carte lors des soudures et dessoudures successives. Cependant, la tâche s'est avérée plus ardue que prévu. Malgré les soins particuliers apportés au routage et à la compacité des cartes électroniques, dans le but de réduire l'inductance de boucle, les premiers tests n'étaient pas du tout concluants. Le banc expérimental a par conséquent dû être considérablement revu et optimisé. Une simulation SPICE a été développée pour aider à mieux comprendre les phénomènes parasites. La réduction des courants de mode commun a été d'une importance primordiale, grâce à l'utilisation de sondes appropriées ou de tores de ferrites. Plusieurs versions du banc d'essai ont été conçues afin obtenir des résultats pertinents en termes de stabilité et conformité en vue des futures normes JEDEC pour les tests de courts-circuits. Différentes variations paramétriques et dynamiques ont été observées. En outre, des composants de même structure et aux caractéristiques similaires, mais provenant de différents fournisseurs, ont donné des résultats sensiblement différents en termes de stabilité et de robustesse face aux courts-circuits. Des hypothèses explicatives ont été formulées à la fin de la thèse.

Mise en forme de polymères multi-micro-nanocouches par un procédé innovant de coextrusion gonflage/ matériaux aux propriétés barrières et optiques améliorées, éco-conçus pour une meilleure recyclabilité

Doctorant : Lazaros VOZIKIS

Laboratoire INSA : IMP - Ingénierie des Matériaux Polymères

École doctorale : ED34 - Matériaux

Ce travail de recherche a été mené dans le cadre du projet Thèse CIFRE en collaboration avec le CT-IPC. Le projet se concentre sur le développement et la validation d'une technologie innovante de filière gonflage qui comble une lacune critique dans la littérature. Bien qu'il existe déjà un grand nombre de recherches sur la coextrusion à plat, la coextrusion gonflage reste sous-explorée. Obtenir des épaisseurs de couche de l'échelle micro au nano, tout en maintenant l'intégrité des couches, s'est avéré particulièrement difficile. L'objectif de ce travail est la conception d'une filière de coextrusion gonflage capable de produire des films, avec des propriétés barrières et optiques améliorées, tout en améliorant leur recyclabilité, ce qui présente un défi majeur dans le domaine des matériaux d'emballage. Contrairement aux systèmes conventionnels, la nouvelle filière développée dans ce travail permet la création de films à un nombre de couches élevé, garantissant l'intégrité des couches même à l'échelle micro-nano. Une autre avancée de cette filière est sa capacité à augmenter le nombre de couches sans prolonger le temps de séjour dans le procède car elle ne nécessite pas l'addition d'un élément multiplicateur supplémentaire. Le risque de dégradation thermique peut ainsi être minimisé. La nouvelle technologie de filière peut facilement être combinée avec les configurations de coextrusion à plat, ce qui la rend très polyvalente. Ces innovations permettent non seulement la production de films avec des centaines ou milliers de couches, mais améliorent également la stabilité du processus. Un élément clé de cette étude a consisté à démontrer qu'en utilisant la coextrusion à assemblage forcé avec la nouvelle filière de gonflage, les performances barrière des films multicouches pouvaient être considérablement améliorées sans augmenter la quantité d'éthylène-alcool vinylique (EVOH). Bien que cette stratégie ait été largement étudiée et validée dans les procédés de coextrusion à plat, son application à la coextrusion gonflage est limitée. De plus, le besoin des liants pour assurer l'adhésion entre les couches est éliminé, ce qui améliore encore la recyclabilité des films. Ceci est particulièrement important pour l'économie circulaire, car cela simplifie le processus de recyclage en réduisant la complexité des matériaux. Cette recherche a également abordé la question critique de la stabilité du processus en développant des cartes de stabilité et en effectuant des analyses rhéologiques approfondies. Les premières étapes ont consisté à évaluer la stabilité de l'écoulement par coextrusion à plat, où les défis sont souvent aggravés lors de la coextrusion de polymères ayant des propriétés rhéologiques différentes. Après l'évaluation de la fenêtre de processabilité par coextrusion à plat, la présente étude fournit une analyse complète des paramètres requis pour assurer la stabilité lors de la coextrusion gonflage. Les paramètres critiques tels que le taux de gonflage (BUR) et le taux de tirage (TUR) jouent un rôle crucial dans l'obtention de films multicouches stables et sans défaut. Des cartes de stabilité ont été développées pour définir la processabilité et, en association avec l'analyse rhéologique, des fenêtres de processabilité optimales ont été déterminées. En résumé, cette thèse présente une étude approfondie de la conception, du développement et d'élaboration des films multicouches par une nouvelle technologie de filière gonflage. La capacité de produire des couches à l'échelle micro-nano avec une stabilité améliorée, des propriétés barrières et optiques améliorées et une meilleure recyclabilité représente une avancée significative dans la technologie des films multicouches. En se concentrant sur la réduction des coûts des matériaux et l'amélioration de la recyclabilité, le présent travail ouvre la voie à des matériaux d'emballage de nouvelle génération plus efficaces et plus respectueux de l'environnement.

Impression 3D de Batteries Lithium-ion par Direct lnk Writing

Doctorant : Samuel SIMAGA

Laboratoire INSA : MATEIS - Matériaux Ingénierie et Sciences

École doctorale : ED34 Matériaux

La demande croissante en sources d'énergie électrique autonomes pousse à repenser les méthodes de stockage de l'énergie. Parmi les différentes technologies disponibles, le stockage électrochimique en batterie lithium-ion se distingue par sa densité énergétique élevée. Toutefois, la conception des cellules Li-ion et le processus d'enduction des électrodes n'ont pas fait l'objet de changements significatifs depuis l'émergence des premières batteries commerciales de ce type. Dans ce contexte, la fabrication additive apparaît comme une approche prometteuse permettant l'accès à des assemblages au design complexe, inaccessibles avec les méthodes de fabrication traditionnelles. Les travaux présentés dans ce manuscrit couvrent le développement de formulations d'électrodes à faible empreinte environnementale, compatibles avec la technique de fabrication additive Direct lnk Writing (DIW). Cette technique permet d'imprimer des matériaux couche par couche en 3D avec, dans le cas présent, une résolution de 200 micromètres. Des formulations d'encres aqueuses d'électrodes de batterie lithium-ion à base de graphite et de LiFePO. ont été développées, dans ce travail. Les propriétés rhéologiques des encres ont été optimisées pour permettre une impression par DIW avec des taux de matière active élevés (près de 90 %) tout en présentant après séchages des propriétés électriques et mécaniques appropriées pour leur utilisation en tant qu'électrodes. Ces électrodes imprimées affichent des performances électrochimiques remarquables en offrant une capacité similaire à celle des électrodes enduites de manière traditionnelle. Ces électrodes imprimables amènent à un changement de paradigme concernant la cellule, notamment la prise de contact électriques et l'encapsulation. Ces travaux ont également permis de proposer des pistes de recherche et de présenter des premiers résultats concernant des cellules conçues pour des structures complexes, telles que des motifs cathodes/anodes interdigités. En conclusion, l'impression 3D par DIW apparaît comme une méthode prometteuse pour la conception de microbatteries lithium-ion, offrant une voie attractive
pour répondre à la demande croissante de dispositifs portables ou de batteries lithium-ion architecturées. L'impact environnemental a été considéré dans ces travaux en sélectionnant des matériaux dont la mise en œuvre peut être réalisée dans l'eau et qui sont abondants.
 

Fabrication additive par frittage de matériaux métalliques biodégradables Mg-Zn pour implants orthopédiques.

Doctorant : Julien MOREAU

Laboratoire INSA : MATEIS - Matériaux Ingénierie et Sciences

École doctorale : ED34 : Matériaux de Lyon

Les alliages de magnésium (Mg) apparaissent comme des matériaux prometteurs pour les applications biomédicales en raison de leur biocompatibilité, leur biodégradabilité et leurs propriétés mécaniques favorables. Cependant, leur dégradation rapide dans des environnements aqueux ont freiné leur utilisation à grande échelle. Cette étude explore l’incorporation de zinc (Zn) et de zirconium (Zr) comme éléments d’alliage afin d’améliorer la résistance à la corrosion. L’objectif principal de cette thèse est la conception d’alliages, en utilisant des procédés de fabrication par métallurgie des poudres et des modifications microstructurales grâce à des traitements de vieillissement. Ces modifications ont été suivies par des mesures de dureté et de puissance thermoélectrique, avec pour but ultime d’obtenir un taux de dégradation contrôlé et prévisible dans des environnements physiologiques. Des alliages Mg-Zn-Zr de haute pureté ont été fabriqués par Spark Plasma Sintering (SPS), en accordant une attention particulière aux effets des paramètres de frittage sur la couche d’oxyde native entourant les particules de poudre d’alliage de magnésium. Les propriétés mécaniques des pièces denses obtenues ont été évaluées afin de déterminer les températures optimales de fabrication. Les propriétés des matériaux ont été caractérisées à l’aide de différentes techniques, notamment la spectroscopie à dispersion d'énergie (EDS), la microscopie optique, la microscopie électronique à balayage (SEM), la diffraction des électrons rétrodiffusés (EBSD), la micro-indentation, les mesures de polarisation potentiodynamique et les études de dégradation in vitro. Les traitements thermiques des alliages ont favorisé la formation de précipités, qui se sont révélés bénéfiques pour la résistance à la corrosion lorsque leur taille et leur distribution étaient correctement maîtrisées. Un autre aspect essentiel de cette étude concerne l’utilisation de la fabrication additive (AM) pour les alliages de magnésium. Outre la personnalisation qu’elle permet dans le domaine médical, l’AM facilite la création de structures cellulaires avec une porosité contrôlée. Ces structures permettent de moduler les propriétés mécaniques tout en favorisant l’invasion cellulaire, un facteur clé en ingénierie tissulaire. Les pièces ont été produits par robocasting, un procédé d’extrusion couche par couche utilisant une pâte composée de poudre et de liant. Ces structures ont ensuite été déliantées et frittées pour atteindre leurs propriétés finales. Bien que le frittage des alliages de magnésium présente des défis importants, l’utilisation du frittage en phase liquide et d’un creuset en labyrinthe a permis d’atteindre le frittage des pastilles pressées et des pièces imprimés. En résumé, cette thèse présente le développement d’un alliage biodégradable Mg-Zn-Zr conçu pour des applications orthopédiques. Les propriétés mécaniques et de corrosion ont été optimisées grâce à la fabrication de pièces denses par SPS, et une méthode de robocasting pour les alliages de magnésium a été développée, ouvrant la voie à des implants biodégradables imprimés en 3D.

Analyses expérimentales et numériques du comportement des accouplements à ressort en conditions quasi-statiques et dynamiques

Doctorant : Elias RECHRECHE 

Laboratoire INSA : LAMCOS - Laboratoire de Mécanique des Contacts et des Structures

École doctorale :  ED162 MEGA de Lyon (Mécanique, Energétique, Génie civil, Acoustique)

Les travaux de thèse ont été effectués grâce à un financement CIFRE dans le cadre d'une collaboration entre l'entreprise CMDgears et le Laboratoire de Mécanique des Contacts et des Structures (LaMCoS UMR CNRS 5259) de l'INSA de Lyon. Les accouplements à ressorts sont des éléments de transmission connus pour leur flexibilité torsionnelle et leur capacité à compenser les déflexions thermiques et les désalignements entre les arbres. Ils sont utilisés comme solutions polyvalentes pour relier les arbres dans les transmissions à fortes charges, du fait de leur capacité à atténuer les vibrations potentiellement nuisibles. Cependant, malgré cet intérêt reconnu, la littérature sur le sujet reste peu abondante. L'objectif principal de ces travaux est de permette une analyse fine du comportement statique et dynamique de ce composant. Pour cela, un modèle tridimensionnel complet d'accouplements à ressorts a été développé intégrants d'éventuels écarts entre moyeux. Cet outil de simulation permettra l'amélioration des caractéristiques dynamiques de ces accouplements par rapport aux exigences de plus en plus sévères des machines industrielles. Ces accouplements se composent d'un ressort en contact avec les dents des moyeux, qui possèdent un bombé longitudinal, permettant ainsi de relier les arbres d'entrée et de sortie, même en cas de désalignement. Un boîtier englobant le ressort et les moyeux est présent autour de l'accouplement permettant d'encapsuler le lubrifiant tout en maintenant le ressort dans les directions radiale et axiale. En conséquence, une stratégie de modélisation hybride, combinant des éléments finis et des éléments à paramètres concentrés, est proposée pour prendre simultanément en compte les échelles globale (arbres/moyeux/boîtiers) et locale (contacts). Dans ce cadre, le ressort est représenté par une série de segments, modélisés à l'aide d'éléments de poutre de Timoshenko. Parallèlement, les moyeux sont traités comme des solides rigides, mobiles dans l'espace. Les interactions de contact entre les dents des moyeux et le ressort sont, quant à elles, modélisées à l'aide de fondations élastiques de Winkler.
Enfin, le boîtier est modélisé par des éléments de raideur en translation introduits entre la base de chaque boucle du ressort et un point de fixe du moyeu. À chaque pas de temps, les problèmes de contact et l'intégration des équations du mouvement du système complet sont traités simultanément afin de tenir compte des interactions possibles entre les échelles locales et globales. Un ensemble de résultats de simulation sont présentés, mettant en évidence le comportement des accouplements à ressorts dans des conditions de fonctionnement réalistes. Il est démontré que ces accouplements présentent un comportement torsionnel raidissant, causé par le déplacement sous charge des zones de contact entre le ressort et les moyeux. Dans le cas de moyeux désalignés reliés par plusieurs ressorts, la raideur torsionnelle de l'accouplement varie avec la position angulaire, générant ainsi des excitations paramétriques qui contribuent à la dynamique du système. En présence d'une excitation extérieure dont la fréquence varie, la réponse dynamique présente des sauts d'amplitudes, caractéristique d'un système non-linéaire. Parallèlement, un banc d'essai expérimental a été spécialement conçu pour permettre des comparaisons avec le comportement simulé. Ce dispositif a notamment mis en évidence l'importance du jeu axial entre le ressort et le boîtier. L'analyse des résultats montre la capacité du modèle à simuler de manière satisfaisante les réponses temporelles et fréquentielles de l'accouplement.

Comportement non-linéaire des pieux sous séisme : Développement d'un élément fini biphasique

Doctorant : Thomas LHERMITTE

Laboratoire INSA : GEOMAS - Géomécanique, Matériaux, Structures

École doctorale : ED 162 MEGA - Mécanique, Énergétique, Génie Civil, Acoustique

L'interaction entre le sol et la structure est déterminante pour le comportement sismique des ouvrages fondés sur pieux. Elle implique à la fois le comportement du sol, de la fondation et de la superstructure. L'échelle du problème est donc significative. Prendre en compte les non-linéarités lors du dimensionnement nécessite des modèles détaillés. Une approche de modélisation directe peut s'avérer coûteuse en temps de calcul ainsi qu'en mémoire. Bien que des méthodes simplifiées existent, certaines hypothèses peuvent être limitantes lorsqu'il s'agit de prendre en compte simultanément : les non-linéarités matérielles se développant dans le sol et dans la fondation, l'effet d'interaction de groupe de pieux, et des stratigraphies hétérogènes. L'objectif de ce travail est de condenser les non-linéarités du sol et du pieu tout en conservant une description de ces non-linéarités dans la hauteur du pieu. La non-linéarité du sol est condensée à l'interface entre le sol et le pieu, matérialisée par la fibre moyenne de ce dernier, tandis que la non-linéarité du pieu est modélisée par une approche multi-fibres. L'outil développé prend la forme d'un nouvel élément fini innovant utilisant une approche dite« biphasique ». Cette dernière permet de décrire une interaction continue entre la phase "sol" et la phase "pieu". Les non-linéarités étant condensées au sein de l'élément fini biphasique, le comportement du sol dans un groupe de pieux peut être intégré au moyen des matrices d'impédances générées préalablement par sous-structuration. Ceci permet une économie du nombre de degrés de libertés du système. Deux lois d'interaction sol-pieux ont été développées: l'une basée sur une formulation élasto-plastique et l'autre sur une formulation hypo-plastique. Divers éléments finis biphasiques, avec différentes fonctions de forme et degrés d'interpolation sont premièrement développé et validés sous MATLAB puis implémentés dans le Code_Aster. Les éléments sont validés en statique puis en dynamique par comparaison à des résultats issus de la littérature. Cette recherche est menée dans le cadre d'un contrat CIFRE avec la société Stabilis.

 

Déploiement de stations de base déplaçables dans des réseaux cellulaires

Doctorant : Zhiyi ZHANG

Laboratoire INSA : CITI

École doctorale : ED 512 Infomaths

Travaux de thèse dirigés par Monsieur Razvan STANICA et Monsieur Fabrice VALOIS

Composition du jury proposé

M. Razvan STANICA    INSA Lyon    Directeur de thèse
M. André-Luc BEYLOT    ENSEEIHT    Rapporteur
Mme Véronique VEQUE    Université Paris Saclay    Rapporteure
M. Fabrice VALOIS    INSA Lyon    Co-directeur de thèse
M. Walid DABBOUS    Centre Inria d’Université Côte d’Azur    Examinateur
M. Xavier LAGRANGE    IMT Atlantique    Examinateur

Mots-clés : Stations de base déplaçables, Réseau mobile, Mobilité,,

Résumé :
Dans les réseaux mobiles commerciaux actuels, nous utilisons des stations de base fixes (FBS) pour fournir des services aux utilisateurs. Cependant, la première étape pour déployer des stations de base fixes nécessite des études détaillées pour déterminer l'architecture, l'emplacement des stations de base, leur capacité, leurs configurations, etc. Avec la miniaturisation des équipements électroniques et la virtualisation des fonctions réseau, il est désormais possible d'envisager d'intégrer des stations de base sur des plateformes mobiles (par exemple, des drones) capables d'ajuster leur position lorsque cela est nécessaire. Pour le projet ANR DEMON qui finance cette thèse, l'objectif est d'établir un réseau mobile adaptatif avec des stations de base déplaçables (MBS). Les MBS peuvent ainsi se repositionner pour s'adapter aux changements du réseau en temps réel. Tout d'abord, nous devons comprendre ce que l'utilisation des MBS dans les réseaux mobiles peut apporter aux utilisateurs et aux opérateurs de télécommunications. Par conséquent, cette thèse explore les avantages et les limites de l'utilisation des MBS dans les réseaux mobiles. Nous étudions progressivement l'utilisation des MBS dans trois scénarios : une zone d'urgence après un désastre, un quartier urbain et une ville entière. Dans cette thèse, nous montrerons que les MBS peuvent ajuster leur position en temps réel en fonction de la mobilité des utilisateurs et des demandes des utilisateurs. Les MBS peuvent souvent surpasser les FBS en termes de performance, avec moins de stations de base déployées. Par exemple, lorsque les utilisateurs forment un groupe, si les MBS et les FBS ont la même puissance d'émission, les MBS peuvent quadrupler le débit utilisateur. De plus, nous mettrons en avant que lorsque la puissance d'émission des MBS est inférieure de 50 dBm à celle des FBS, les performances peuvent être comparables. La demande de trafic dans les réseaux mobiles évolue dans le temps et dans l'espace. En utilisant des FBS, nous devons répondre à la demande la plus élevée. Grâce à la flexibilité et à la mobilité des MBS, celles-ci peuvent être auto-déployées uniquement lorsque cela est nécessaire, ce qui réduit les coûts d'environ 20 %. L'utilisation des MBS permet de rendre le concept de réseau auto-déployable une réalité.