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.

La construction de discours d’appartenance identitaire dans la littérature judéenne et chrétienne aux Ier et IIe siècles

Au cours des dernières décennies, la recherche scientifique, toutes disciplines confondues, s’est particulièrement intéressée aux phénomènes et questionnements identitaires, notamment en ce qui concerne les groupes et les mouvements minoritaires ou marginaux, mais également en ce qui concerne la question des identités nationales dont se délectent à leur tour politiciens et médias. Véritable reflet d’un des enjeux majeurs de nos sociétés contemporaines, cet intérêt des chercheurs pour les phénomènes identitaires a particulièrement porté sur l’étude des processus de construction et d’affirmation des identités individuelles et collectives, c’est-à-dire sur les modes et les modalités à partir desquels les identités se construisent, se structurent et sont affirmées dans un rapport comparatif, compétitif et dialogique entre le Soi et l’Autre. Si notre compréhension des phénomènes identitaires s’est considérablement précisée et nuancée depuis la publication dans les années 1950, voire antérieurement, des études fondamentales et fondatrices, il n’en demeure pas moins que le concept d’identité, peu importe les multiples terminologies qu’il peut prendre selon les disciplines, pose actuellement de nombreux problèmes et s’avère abondamment galvaudé par certaines recherches récentes qui en font usage sans nécessairement le définir, voire pire, le maîtriser, comme un champ d’études à la mode qu’il convient d’investir afin d’alimenter un lectorat avide de ces questions et problèmes identitaires. Il est vrai que les travaux scientifiques sur les identités paraissent à un rythme soutenu, voire insoutenable tant cette production est abondante et diversifiée. Tour à tour, les identités ethniques, nationales, provinciales, régionales, politiques, culturelles, religieuses, de genre, des groupes ou mouvements minoritaires et marginaux, pour ne nommer que certains des principaux champs d’investigation, ont été interrogées. Loin de se limiter aux sociétés, aux individus et aux collectivités modernes, les identités du passé, toutes périodes confondues, ont également été revisitées à la lumière des outils d’interprétation développés, entre autres, par la sociologie, par l’anthropologie culturelle et par la psychologie sociale. Bien évidemment, les spécialistes de l’Antiquité n’ont pas échappé à cette tendance, partant à leur tour à la conquête de l’identité (ou des identités) grecque(s), romaine(s), barbare(s), judéenne(s) et chrétienne(s). Leur intérêt s’est également porté sur les identités propres aux diverses catégories ou collectivités sociales, politiques, juridiques, religieuses et professionnelles. Toutefois, aborder la question des identités dans l’Antiquité oblige à délaisser les définitions et compréhensions modernes au profit d’un tout autre mode raisonnement identitaire et d’appartenance propre aux sociétés et collectivités anciennes en prenant en considération les dimensions « – emic » et « – etic » que requiert l’utilisation de cette notion afin d’en avoir recours comme une catégorie d’analyse adéquate pour cette période particulière, une approche double et complémentaire trop souvent négligée par une majorité de recherches dont les résultats aboutissent inévitablement à une compréhension anachronique et « distorsionnée » des réalités anciennes, ce qui est d’autant plus le cas en histoire des religions et des communautés socioreligieuses de l’Antiquité en raison de nombreux présupposés idéologiques et théologiques qui dominent encore tout un pan de l’historiographie actuelle. Bien que le concept même d’identité n’existe pas dans l’Antiquité, le terme « identitas » renvoyant à une tout autre réalité, cela ne signifie pas pour autant que les Anciens n’avaient aucune conscience de leur(s) identité(s) et qu’il est impossible pour nous modernes d’étudier les phénomènes et les discours identitaires antiques. Toutefois, cela impose d’aborder ces phénomènes avec une très grande prudence et beaucoup de nuances en évitant les généralisations hâtives et en circonscrivant bien les contextes d’énonciation dans lesquels ces identités se sont construites et ont été affirmées, car, déterminées par les appartenances, la définition de ces identités s’est constamment élaborée et réélaborée sur un rapport Soi / Autre, inclusion / exclusion et a reposé sur des stratégies discursives qui ont varié selon les époques, les lieux, les auteurs et les contextes d’énonciation. L’enjeu principal est alors de comprendre les stratégies et les mécanismes mis en œuvre par les auteurs anciens dans les processus discursifs de construction identitaire de leur groupe d’appartenance. Produit d’une rhétorique, l’étude des identités anciennes oblige donc de distinguer, ce qui est certes complexe, discours et réalités sociales, du moins cela oblige, encore une fois, à une extrême prudence et beaucoup de nuances afin de ne pas confondre discours et réalités. Si les discours ont effectivement pour effet d’ériger des frontières identitaires fixes et imperméables entre les différents groupes et collectivités, l’étude de la réalité vécue par les acteurs sociaux montre que ces frontières étaient plutôt fluides et perméables. Pour étudier la question des identités dans l’Antiquité, plusieurs postes d’observation peuvent êtres sollicités en s’intéressant, notamment, à la formation des identités, à l’identité en auto-définition, à l’identité dans le miroir de l’Autre, à l’impact des interactions entre le Soi et l’Autre sur les définitions identitaires, aux frontières identitaires et à leurs transgresseurs, aux marqueurs identitaires, etc. Ces différentes approches, notamment lorsqu’elles sont combinées les unes aux autres, contribuent à mettre en évidence la complexité des processus de construction des identités dans l’Antiquité dont on reconnaît désormais le caractère fluide, dynamique et discursif, malgré les idéologies de stabilité sur lesquelles elles se sont élaborées et polémiquées. Loin de susciter de vains débats, les études sur les identités dans l’Antiquité permettent d’aborder sous un angle novateur certains acquis de la recherche et de leur apporter de riches nuances. Cependant, interpréter les phénomènes identitaires anciens à partir de paradigmes, de terminologies et de catégories erronés ou anachroniques a également pour conséquence indéniable de parvenir à une relecture « distorsionnée », si ce n’est orientée, du passé, en lui imposant des catégories de définition et d’auto-définition identitaires qui n’existaient pas dans l’Antiquité. C’est pourquoi il importe également, lorsqu’on tente d’aborder ces phénomènes identitaires, de réfléchir sur les paradigmes, les terminologies et les catégories qui sont invoqués par en parler et ne pas hésiter à les remettre en question en refusant d’adhérer, de manière consciente ou inconsciente, à un quelconque modèle préétabli. S’inscrivant dans ce courant réflexif majeur de l’historiographique actuelle sur l’étude des phénomènes de construction identitaire dans l’Antiquité, notre recherche s’intéresse plus particulièrement aux processus de construction de discours d’appartenance dans la littérature judéenne et chrétienne aux Ier et IIe siècles. Sans avoir cherché à circonscrire une définition unique et unilatérale des identités judéennes et chrétiennes de cette période – définition qui s’avère, selon nous, plus utopique que réaliste en raison de la pluralité des mouvements qui composent le « judaïsme » et le « christianisme » anciens et des auteurs qui ont tenté, par leurs discours, de définir et présenter ces identités – ou tenter d’établir une liste de critères à respecter pour délimiter ce qu’est l’identité judéenne ou chrétienne – et, par conséquent, ceux qui peuvent ou non se réclamer d’être Judéens ou chrétiens –, la perspective que nous adoptons dans cette recherche est plutôt de réfléchir à la manière dont il convient d’aborder les identités anciennes et les processus de construction identitaire dans l’Antiquité. Notre réflexion se veut donc d’abord et avant tout une réflexion méthodologique, épistémologique, terminologique et historiographique des questions et phénomènes identitaires dans l’Antiquité, notamment en ce qui concerne les identités judéennes et chrétiennes des Ier et IIe siècles qui sont abordées à partir de divers postes d’observation et dans une perspective socio-historique qui adopte une démarche « – emic » et « – etic ». Notre recherche est divisée en trois parties. La première sera consacrée aux discussions d’ordre « – etic », c’est-à-dire aux réflexions et aux remarques méthodologiques, épistémologiques, terminologiques et historiographies sur l’approche des phénomènes identitaires et de l’identité chrétienne dans l’Antiquité. Le chapitre I présentera des remarques historiographiques sur les travaux récents en histoire du « christianisme » ancien. Dans le chapitre II, nous discuterons des concepts modernes d’« identité », de « race » et d’« ethnie ». Le chapitre III présentera quelques réflexions épistémologiques et méthodologiques sur l’application des théories et concepts modernes aux réalités antiques dans l’approche des phénomènes identitaires. Finalement, le chapitre IV reviendra sur les différents paradigmes interprétatifs qui ont été utilisés dans le débat moderne sur la question du Parting of the Ways. La deuxième partie sera consacrée à la présentation des cadres contextuels du « judaïsme » et du « christianisme » anciens. Le chapitre V dressera un portrait général de la pluralité qui caractérise le « judaïsme » ancien à la période romaine (Ier – IIe siècles) et des principaux marqueurs identitaires des communautés judéennes de cette époque. Dans le chapitre VI, il sera question de l’origine et de l’expansion du « judaïsme chrétien » dans l’Empire romain (Ier – IIe siècles) de même que de la pluralité des courants chrétiens. La troisième partie abordera la dimension « – emic » de notre recherche en s’intéressant aux processus discursifs de construction de l’identité chrétienne à partir de différents postes d’observation. Le chapitre VII analysera la présentation que l’auteur des Actes des apôtres fait des conditions d’entrée et des premières règles de vie dans la communauté chrétienne. Le chapitre VIII s’intéressera aux enjeux liés à la perception et à la représentation du Soi et de l’Autre en tentant de comprendre comment le mouvement chrétien a tenté de s’auto-définir et comment il a été défini par l’Altérité. Finalement, le chapitre IX analysera la manière dont les auteurs chrétiens se sont approprié le terme « γένος » et comment ils l’ont redéfini sur la base de critères cultuels ou religieux afin de présenter l’originalité distinctive du mouvement chrétien.

Arithmetic bit recycling data compression

La compression des données est la technique informatique qui vise à réduire la taille de l’information pour minimiser l’espace de stockage nécessaire et accélérer la transmission des données dans les réseaux à bande passante limitée. Plusieurs techniques de compression telles que LZ77 et ses variantes souffrent d’un problème que nous appelons la redondance causée par la multiplicité d’encodages. La multiplicité d’encodages (ME) signifie que les données sources peuvent être encodées de différentes manières. Dans son cas le plus simple, ME se produit lorsqu’une technique de compression a la possibilité, au cours du processus d’encodage, de coder un symbole de différentes manières. La technique de compression par recyclage de bits a été introduite par D. Dubé et V. Beaudoin pour minimiser la redondance causée par ME. Des variantes de recyclage de bits ont été appliquées à LZ77 et les résultats expérimentaux obtenus conduisent à une meilleure compression (une réduction d’environ 9% de la taille des fichiers qui ont été compressés par Gzip en exploitant ME). Dubé et Beaudoin ont souligné que leur technique pourrait ne pas minimiser parfaitement la redondance causée par ME, car elle est construite sur la base du codage de Huffman qui n’a pas la capacité de traiter des mots de code (codewords) de longueurs fractionnaires, c’est-à-dire qu’elle permet de générer des mots de code de longueurs intégrales. En outre, le recyclage de bits s’appuie sur le codage de Huffman (HuBR) qui impose des contraintes supplémentaires pour éviter certaines situations qui diminuent sa performance. Contrairement aux codes de Huffman, le codage arithmétique (AC) peut manipuler des mots de code de longueurs fractionnaires. De plus, durant ces dernières décennies, les codes arithmétiques ont attiré plusieurs chercheurs vu qu’ils sont plus puissants et plus souples que les codes de Huffman. Par conséquent, ce travail vise à adapter le recyclage des bits pour les codes arithmétiques afin d’améliorer l’efficacité du codage et sa flexibilité. Nous avons abordé ce problème à travers nos quatre contributions (publiées). Ces contributions sont présentées dans cette thèse et peuvent être résumées comme suit. Premièrement, nous proposons une nouvelle technique utilisée pour adapter le recyclage de bits qui s’appuie sur les codes de Huffman (HuBR) au codage arithmétique. Cette technique est nommée recyclage de bits basé sur les codes arithmétiques (ACBR). Elle décrit le cadriciel et les principes de l’adaptation du HuBR à l’ACBR. Nous présentons aussi l’analyse théorique nécessaire pour estimer la redondance qui peut être réduite à l’aide de HuBR et ACBR pour les applications qui souffrent de ME. Cette analyse démontre que ACBR réalise un recyclage parfait dans tous les cas, tandis que HuBR ne réalise de telles performances que dans des cas très spécifiques. Deuxièmement, le problème de la technique ACBR précitée, c’est qu’elle requiert des calculs à précision arbitraire. Cela nécessite des ressources illimitées (ou infinies). Afin de bénéficier de cette dernière, nous proposons une nouvelle version à précision finie. Ladite technique devienne ainsi efficace et applicable sur les ordinateurs avec les registres classiques de taille fixe et peut être facilement interfacée avec les applications qui souffrent de ME. Troisièmement, nous proposons l’utilisation de HuBR et ACBR comme un moyen pour réduire la redondance afin d’obtenir un code binaire variable à fixe. Nous avons prouvé théoriquement et expérimentalement que les deux techniques permettent d’obtenir une amélioration significative (moins de redondance). À cet égard, ACBR surpasse HuBR et fournit une classe plus étendue des sources binaires qui pouvant bénéficier d’un dictionnaire pluriellement analysable. En outre, nous montrons qu’ACBR est plus souple que HuBR dans la pratique. Quatrièmement, nous utilisons HuBR pour réduire la redondance des codes équilibrés générés par l’algorithme de Knuth. Afin de comparer les performances de HuBR et ACBR, les résultats théoriques correspondants de HuBR et d’ACBR sont présentés. Les résultats montrent que les deux techniques réalisent presque la même réduction de redondance sur les codes équilibrés générés par l’algorithme de Knuth.

Impacts des dépositions atmosphériques de fer sur les assemblages phytoplanctoniques et la production de diméthylsulfure dans le Pacifique Nord-Est contemporain et dans le contexte de l’acidification des océans

La croissance du phytoplancton est limitée par les faibles concentrations de fer (Fe) dans près de 40% de l’océan mondial. Le Pacifique subarctique Nord-Est représente une de ces zones limitées en fer et désignées High Nutrient - Low Chlorophyll (HNLC). Cet écosystème, dominé par des cellules de petite taille telles les prymnésiophytes, est caractérisé par de très faibles concentrations estivales de chlorophylle a et de fortes concentrations de macronutriments. Il a été maintes fois démontré que les ajouts de fer, sous différentes formes chimiques (habituellement FeSO4), dans les zones HNLC, stimulent la croissance et modifient la structure des communautés planctoniques en favorisant la croissance des cellules de grande taille, notamment les diatomées. Ces effets sur la communauté planctonique ont le potentiel d’influencer les grands mécanismes régulateurs du climat, tels la pompe biologique de carbone et la production de diméthylsulfure (DMS). Les poussières provenant des déserts du nord de la Chine sont reconnues depuis longtemps comme une source sporadique importante de fer pour le Pacifique Nord-Est. Malgré leur importance potentielle, l’influence directe exercée par ces poussières sur l’écosystème planctonique de cette zone HNLC n’a jamais été étudiée. Il s’agit d’une lacune importante puisque le fer associé aux poussières est peu soluble dans l’eau de mer, que la proportion biodisponible n’est pas connue et que les poussières peuvent avoir un effet inhibiteur chez le phytoplancton. Cette thèse propose donc, dans un premier temps, de mesurer pour la première fois l’effet de la fertilisation de la communauté planctonique du Pacifique Nord-Est par un gradient de concentrations de poussières désertiques naturelles. Cette première expérimentation a démontré que le fer contenu dans les poussières asiatiques est biodisponible et qu’une déposition équivalente à celles prenant place au printemps dans le Pacifique Nord-Est peut résulter en une stimulation significative de la prise de nutriments et de la croissance du phytoplancton. Mes travaux ont également montré que l’ajout de 0,5 mg L-1 de poussières peut résulter en la production d’autant de biomasse algale que l’ajout de FeSO4, l’espèce chimique utilisée lors des expériences d’enrichissement en fer à grande échelle. Cependant, les ajouts de FeSO4 favorisent davantage les cellules de petite taille que les ajouts de poussières, observation démontrant que le FeSO4 n’est pas un proxy parfait des poussières asiatiques. Dans un deuxième temps, je me suis intéressée à une source alternative de fer atmosphérique, les cendres volcaniques. Mon intérêt pour cette source de fer a été attisé par les observations d’une floraison spectaculaire dans le Pacifique Nord-Est, ma région d’étude, associée à l’éruption de 2008 du volcan Kasatochi dans les îles Aléoutiennes. Forte de mon expérience sur les poussières, j’ai quantifié l’effet direct de ces cendres volcaniques sur la communauté planctonique du Pacifique Nord-Est. Mes résultats ont montré que le fer contenu dans les cendres volcaniques est également biodisponible pour le phytoplancton. Ils ont également montré que cette source de fer peut être aussi importante que les poussières désertiques dans la régulation de la croissance du phytoplancton dans cette partie de l’océan global à l’échelle millénaire. Dans un troisième temps, j’ai estimé comment l’acidification des océans modulera les réponses des communautés planctoniques aux dépositions naturelles de fer mises en évidence lors de mes expériences précédentes. Pour ce faire, j’ai effectué des enrichissements de poussière dans de l’eau de mer au pH actuel de 8.0 et dans l’eau de mer acidifiée à un pH de 7.8. Mes résultats ont montré une diminution du taux de croissance du phytoplancton dans le milieu acidifié mais pas de changement notable dans la structure de la communauté. Les ajouts de poussières et de cendres, de même que les variations de pH, n’ont pas eu d’effet significatif sur la production de DMS et de son précurseur le diméthylsulfoniopropionate (DMSP), probablement en raison de la courte durée (4 jours) des expériences. L’ensemble des résultats de cette thèse montre que le fer contenu dans diverses sources atmosphériques naturelles est biodisponible pour le phytoplancton du Pacifique Nord-Est et que des taux de déposition réalistes peuvent stimuler la croissance de manière notable dans les premiers jours suivant une tempête désertique ou une éruption volcanique. Finalement, les résultats de mes expériences à stresseurs multiples Fer/acidification suggèrent une certaine résistance des communautés phytoplanctoniques à la diminution du pH prédite d’ici la fin du siècle pour les eaux de surface des océans.

Évaluation de l’effet de "Streptococcus mutans" sur la qualité du fini de surface de matériaux dentaires de restauration

Objectif : Évaluer l’impact de l’exposition d’un biofilm de Streptococcus mutans (S. mutans) pendant une période de 28 jours sur la rugosité de surface de matériaux de restauration dentaire. Matériel et méthode : Les matériaux testés étaient : six résines composites (fluide, bulk-fill fluide, microparticules, nanoparticules, microhybride et nanohybride), un verre ionomère conventionnel, un verre ionomère modifié à la résine, de l’amalgame, du disilicate de lithium et de la porcelaine feldspathique renforcie de cristaux de nanoleucite. Cent soixante-dix-sept disques de 5 mm de diamètre par 2 mm d’épaisseur ont été fabriqués et polis selon une méthode standardisée. Des répliques ont été fabriquées puis réservées pour les mesures de rugosité. Les échantillons ont été stérilisés puis placés dans un milieu de culture pendant 28 jours, avec S. mutans pour les groupes tests et sans S. mutans pour leurs contrôles. Le milieu de culture a été renouvelé toutes les 48 heures. De nouvelles répliques des échantillons ont été fabriquées. Finalement, la rugosité de la surface avant et après l’exposition au biofilm a été évaluée sur les répliques à l’aide d’un profilomètre. Les analyses statistiques ont été effectuées à l’aide d’un modèle d’analyse de variance à deux facteurs. Résultats : Aucune différence statistiquement significative n’a été notée entre la rugosité initiale et finale des groupes tests et des groupes contrôles (p < 0,05). Conclusion : Dans les limites de cette étude in vitro, l’exposition à un biofilm de S. mutans pendant 28 jours n’a pas démontré avoir d’impact sur la rugosité des matériaux testés.

Investigation expérimentale du décollement dans l’aspirateur d’une turbine bulbe

La présente thèse propose une étude expérimentale du décollement dans le diffuseur d’un modèle de turbine hydroélectrique bulbe. Le décollement se produit quand la turbine est opérée à forte charge et il réduit la section effective de récupération du diffuseur. La diminution de la performance du diffuseur à forte charge engendre une baisse brusque de l’efficacité de la turbine et de la puissance extraite. Le modèle réduit de bulbe est fidèle aux machines modernes avec un diffuseur particulièrement divergent. Les performances de la turbine sont mesurées sur une large gamme de points d’opération pour déterminer les conditions les plus intéressantes pour l’étude du décollement et pour étudier la distribution paramétrique de ce phénomène. La pression est mesurée le long de l’aspirateur par des capteurs dynamiques affleurants alors que les champs de vitesse dans la zone de décollement sont mesurés avec une méthode PIV à deux composantes. Les observations à la paroi sont pour leur part faites à l’aide de brins de laine. Pour un débit suffisant, le gradient de pression adverse induit par la géométrie du diffuseur affaiblit suffisamment la couche limite, entraînant ainsi l’éjection de fluide de la paroi le long d’une large enveloppe tridimensionelle. Le décollement instationnaire tridimensionnel se situe dans la même zone du diffuseur indépendamment du point d’opération. L’augmentation du débit provoque à la fois une extension de la zone de décollement et une augmentation de l’occurrence de ses manifestations. La position et la forme du front de décollement fluctue significativement sans périodicité. L’analyse topologique et celle des tourbillons des champs de vitesse instantanés montrent une topologie du front de décollement complexe qui diffère beaucoup d’une réalisation à l’autre. Bien que l’écoulement soit turbulent, les tourbillons associés aux foyers du front sont clairement plus gros et plus intenses que ceux de la turbulence. Cela suggère que le mécanisme d’enroulement menant aux tourbillons du décollement est clairement distinct des mécanismes de la turbulence.