Modélisation d'éléments finis pour les interactions fluide-structure

Cette thèse concerne la modélisation des interactions fluide-structure et les méthodes numériques qui s’y rattachent. De ce fait, la thèse est divisée en deux parties. La première partie concerne l’étude des interactions fluide-structure par la méthode des domaines fictifs. Dans cette contribution, le fluide est incompressible et laminaire et la structure est considérée rigide, qu’elle soit immobile ou en mouvement. Les outils que nous avons développés comportent la mise en oeuvre d’un algorithme fiable de résolution qui intégrera les deux domaines (fluide et solide) dans une formulation mixte. L’algorithme est basé sur des techniques de raffinement local adaptatif des maillages utilisés permettant de mieux séparer les éléments du milieu fluide de ceux du solide que ce soit en 2D ou en 3D. La seconde partie est l’étude des interactions mécaniques entre une structure flexible et un fluide incompressible. Dans cette contribution, nous proposons et analysons des méthodes numériques partitionnées pour la simulation de phénomènes d’interaction fluide-structure (IFS). Nous avons adopté à cet effet, la méthode dite «arbitrary Lagrangian-Eulerian» (ALE). La résolution fluide est effectuée itérativement à l’aide d’un schéma de type projection et la structure est modélisée par des modèles hyper élastiques en grandes déformations. Nous avons développé de nouvelles méthodes de mouvement de maillages pour aboutir à de grandes déformations de la structure. Enfin, une stratégie de complexification du problème d’IFS a été définie. La modélisation de la turbulence et des écoulements à surfaces libres ont été introduites et couplées à la résolution des équations de Navier-Stokes. Différentes simulations numériques sont présentées pour illustrer l’efficacité et la robustesse de l’algorithme. Les résultats numériques présentés attestent de la validité et l’efficacité des méthodes numériques développées.

Fonction et structure des muscles du plancher pelvien de femmes traitées par chirurgie et radiothérapie à la suite d'un cancer de l'endomètre

Ce mémoire porte sur les propriétés fonctionnelles du plancher pelvien à la suite de traitements pour un cancer de l’endomètre. Chez les femmes, le cancer de l’endomètre est le cancer gynécologique ayant la plus forte prévalence. Les traitements oncologiques de ce cancer ont des conséquences néfastes sur la continence urinaire et il est possible que des altérations aux muscles du plancher pelvien à la suite de ces traitements puissent expliquer en partie cette problématique. Ce mémoire est composé de deux études principales. La première étude porte sur la recension des écrits liés aux impacts de la radiothérapie sur la structure anatomique et la fonction musculaire du plancher pelvien chez des adultes atteints d’un cancer pelvien. La deuxième étude compare les propriétés fonctionnelles du plancher pelvien de femmes avec incontinence urinaire à la suite d’un cancer de l’endomètre traité par chirurgie et une radiothérapie adjuvante (groupe à l’étude), à celles de femmes avec hystérectomie sans incontinence (groupe témoin). Cette étude a permis de mettre en évidence une diminution de l’ouverture maximale à l’entrée vaginale, de la longueur vaginale, de la force maximale volontaire du plancher pelvien, du taux de développement de la force dans un test de force maximale et de la coordination lors d’un test de contractions rapides. Ainsi, les deux études de ce mémoire apportent de nouvelles évidences sur les altérations des propriétés fonctionnelles du plancher pelvien à la suite de traitements pour un cancer génital.

Prétraitement d'un isolat de protéines de lin par haute pression hydrostatique : impacts sur la structure protéique, l'hydrolyse enzymatique et les capacités antioxydantes des hydrolysats finaux

Les graines de lin sont des oléagineux largement cultivés au Canada. Cependant, les résidus générés suite au processus d’extraction de l’huile contiennent une importante quantité de protéines et peuvent être valorisées dans l’alimentation humaine en raison, principalement, de certaines fractions peptidiques possédant des propriétés bioactives. Dans le cadre de ce travail, l’influence des hautes pressions hydrostatiques (HPH) sur un isolat de protéines de lin a été étudiée concernant les modifications de la structure protéique, l’hydrolyse enzymatique ainsi que l’activité antioxydante des hydrolysats. Ainsi, des solutions protéiques de lin (1% m/v) ont été soumises à un traitement de HPH à 600 MPa pendant 5 et 20 minutes, à 20°C et comparés à des échantillons non-pressurisés. Deux traitements subséquents d’hydrolyse ont été effectués suite au traitement ou non de pressurisation : une première hydrolyse trypsique suivie d’une deuxième par la pronase. Dans un premier temps, la caractérisation de l’isolat protéique de lin pressurisé et non pressurisé a été réalisée par spectrofluorimétrie et par une analyse de la taille des particules afin d’étudier l’effet de la pressurisation sur les HPH la matrice protéique végétale. Par la suite, les hydrolysats protéiques ont été caractérisés par HPLC-MS et leur capacité antioxydante a été déterminée par ORAC. Les résultats ont démontré que le niveau de pressurisation et la durée du traitement ont un impact sur la structure protéique en induisant la dissociation des protéines, et la formation d’agrégats. Ceux-ci seraient occasionnés par la décompression ou créés durant l’entreposage des isolats. Suite à l’hydrolyse enzymatique des solutions protéiques pressurisées ou non par la trypsine seule et par la trypsine-pronase, les analyses chromatographiques ont révélé que la concentration de certains peptides a été modifiée lorsque la trypsine seule était utilisée après un traitement à HPH. Enfin, les HPH ont amélioré la capacité antioxydante des hydrolysats obtenus lors de l’hydrolyse trypsine-pronase comparativement au contrôle non-pressurisé.

Modélisation du comportement des bétons fibrés à ultra-hautes performances par la micromécanique : Effet de l'orientation des fibres à l'échelle de la structure

Cette thèse s’inscrit dans le contexte d’une optimisation industrielle et économique des éléments de structure en BFUP permettant d’en garantir la ductilité au niveau structural, tout en ajustant la quantité de fibres et en optimisant le mode de fabrication. Le modèle développé décrit explicitement la participation du renfort fibré en traction au niveau local, en enchaînant une phase de comportement écrouissante suivie d’une phase adoucissante. La loi de comportement est fonction de la densité, de l’orientation des fibres vis-à-vis des directions principales de traction, de leur élancement et d’autres paramètres matériaux usuels liés aux fibres, à la matrice cimentaire et à leur interaction. L’orientation des fibres est prise en compte à partir d’une loi de probabilité normale à une ou deux variables permettant de reproduire n’importe quelle orientation obtenue à partir d’un calcul représentatif de la mise en oeuvre du BFUP frais ou renseignée par analyse expérimentale sur prototype. Enfin, le modèle reproduit la fissuration des BFUP sur le principe des modèles de fissures diffuses et tournantes. La loi de comportement est intégrée au sein d’un logiciel de calcul de structure par éléments finis, permettant de l’utiliser comme un outil prédictif de la fiabilité et de la ductilité globale d’éléments en BFUP. Deux campagnes expérimentales ont été effectuées, une à l’Université Laval de Québec et l’autre à l’Ifsttar, Marne-la-Vallée. La première permet de valider la capacité du modèle reproduire le comportement global sous des sollicitations typiques de traction et de flexion dans des éléments structurels simples pour lesquels l’orientation préférentielle des fibres a été renseignée par tomographie. La seconde campagne expérimentale démontre les capacités du modèle dans une démarche d’optimisation, pour la fabrication de plaques nervurées relativement complexes et présentant un intérêt industriel potentiel pour lesquels différentes modalités de fabrication et des BFUP plus ou moins fibrés ont été envisagés. Le contrôle de la répartition et de l’orientation des fibres a été réalisé à partir d’essais mécaniques sur prélèvements. Les prévisions du modèle ont été confrontées au comportement structurel global et à la ductilité mis en évidence expérimentalement. Le modèle a ainsi pu être qualifié vis-à-vis des méthodes analytiques usuelles de l’ingénierie, en prenant en compte la variabilité statistique. Des pistes d’amélioration et de complément de développement ont été identifiées.

Structure et biogéographie des communautés de pico- et de nanoeurcaryotes pélagiques autour de l'archipel du Svalbard

L’Arctique s’est réchauffé rapidement et il y a urgence d’anticiper les effets que cela pourrait avoir sur les protistes à la base de la chaîne alimentaire. Le phytoplancton de l’Océan Arctique inclut les pico- et nano-eucaryotes (0.45-10 μm diamètre de la cellule) et plusieurs de ceux-ci sont des écotypes retrouvés seulement dans l’Arctique alors que d’autres sont introduits des océans plus méridionaux. Alors que les océans tempérés pénètrent dans l’Arctique, il devient pertinent de savoir si ces communautés microbiennes pourraient être modifiées. L’archipel du Svalbard est une région idéale pour observer la biogéographie des communautés microbiennes sous l’influence de processus polaires et tempérés. Bien qu’ils soient géographiquement proches, les régions côtières entourant le Svalbard sont sujettes à des intrusions alternantes de masses d’eau de l’Arctique et de l’Atlantique en plus des conditions locales. Huit sites ont été échantillonnés en juillet 2013 pour identifier les protistes selon un gradient de profondeur et de masses d’eau autour de l’archipel. En plus des variables océanographiques standards, l’eau a été échantillonnée pour synthétiser des banques d’amplicons ciblant le 18S SSU ARNr et son gène pour ensuite être séquencées à haut débit. Cinq des sites d’étude avaient de faibles concentrations de chlorophylle avec des compositions de communauté post-efflorescence dominée par les dinoflagellés, ciliés, des alvéolés parasites putatifs, chlorophycées et prymnesiophytées. L’intrusion des masses d’eau et les conditions environnementales locales étaient corrélées avec la structure des communautés ; l’origine de la masse d’eau contribuant le plus à la distance phylogénétique des communautés microbiennes. Au sein de trois fjords, de fortes concentrations de chlorophylle sous-entendaient des activités d’efflorescence. Un fjord était dominé par Phaeocystis, un deuxième par un clade arctique identifié comme un Pelagophyceae et un troisième par un assemblage mixte. En général, un signal fort d’écotypes liés à l’Arctique prédominait autour du Svalbard.

Structure morphologique et populations stellaires d’un échantillon de galaxies spirales

Afin de caractériser la structure morphologique et les populations stellaires d’un échantillon de treize galaxies spirales, j’ai analysé des images WISE et GALEX, et j’ai construit des diagrammes magnitude-magnitude et couleur-magnitude pixel à pixel. Les diagrammes présentent des groupes de pixels qui correspondent spatialement aux composantes structurales des galaxies. Les diagrammes ainsi que les profils radiaux de brillance de surface indiquent que les variations de la densité surfacique de masse de la vieille population stellaire jouent un rôle important dans la différenciation des structures. On estime l’âge des jeunes complexes stellaires et l’extinction dans ces galaxies en les comparant à des modèles de populations stellaires simples nées de sursauts de formation stellaire instantanée. L’étude de ces propriétés est possible grâce à la combinaison des données ultraviolettes et infrarouge et à la grande sensibilité de la couleur ultraviolette à la variation de l’âge. On observe un gradient d’extinction dont la pente est liée à la présence d’une barre ou d’une activité nucléaire : en effet, l’extinction décroît avec la distance galactocentrique et la pente est plus petite pour les galaxies ayant une barre ou une activité nucléaire. On observe également un gradient d’âge où les régions externes sont moins évoluées que celles du centre sauf pour les galaxies de type tardif.