Dissertations / Theses on the topic 'Stéréo-corrélation d'images'

Le travail présenté dans cette thèse vise à comprendre les vibrations de pièce mince durant l'usinage. De nombreux travaux proposent des modélisations de ce phénomène, mais des écarts persistent entre résultats de modélisation et réalité. Ce constat nous pousse à nous interroger sur l'emploi dans les modèles des modes propres de la pièce, sans y intégrer le contact de l'outil. Face à l'incapacité de vérifier la validité de cette hypothèse par mesures ponctuelles, la mesure de champ s'impose comme une alternative prometteuse. La deuxième partie du travail porte sur la mise au point d'un protocole expérimental novateur. Il inclut le relevé des déformées vibratoires d'une pièce mince en usinage par mesure de champs de déplacements. La stéréo corrélation d'images numériques se confronte à de nombreuses limitations dans ce contexte. Nous avons développé une méthode de réglage des capteurs permettant de contourner rapidement certaines difficultés. Cette méthode présentée sous forme graphique souligne la nécessité d'optimiser les paramètres de mesure dans un tel contexte. La troisième partie met en oeuvre le protocole de mesures. Le test des capteurs montre le fort intérêt de la mesure sans contact vis-à-vis de l'objectif recherché. Des essais d'usinage sont présentés en se basant sur une modélisation existante du broutement. Les déformées mesurées pendant l'usinage livrent des informations d'un type nouveau. Leur exploitation a impliqué la mise en place d'une procédure spécifique de traitement. La dernière partie présente les analyses de deux usinages. L'étude est effectuée au regard des états de surface obtenus, du comportement temporel, fréquentiel, et spatial. Cette approche souligne les subtilités de la génération d'état de surface en la présence de vibrations. L'examen des mesures de champs permet de relever des incohérences avec l'emploi des modes propres, classiquement utilisés en modélisation.

De nombreux domaines concernant le comportement mécanique des matériaux posent le problème de la mesure des déplacements ou des déformations. Pour ce type de mesure, les méthodes optiques se sont largement imposées en raison de leur caractère non intrusif, de leur grande résolution spatiale, de leur sensibilité élevée, de l'importance du champ examiné à tout instant et des progrès de l'informatique qui permet le traitement automatique d'un grand volume d'information.

Dans ce contexte, nous avons développé un système de mesure de formes 3D ou de champs de déplacements 3D par stéréovision (en particulier par stéréo-corrélation).

Cette technique permet : (1) la mesure de la forme 3D d'un objet à partir d'une simple paire d'images stéréoscopiques de l'objet, (2) la mesure de champs de déplacements 3D à partir d'au moins 2 paires d'images correspondant à différents instants de déformation de l'objet (en général analyse d'une séquence de paires d'images acquises en cours de déformation).

Les points développés dans la thèse sont : le calibrage fort d'une caméra ou d'un capteur de vision stéréoscopique, la reconstruction 3D par stéréovision (en particulier par stéréo-corrélation), la mesure de champs de déplacements 3D à partir du couplage de la stéréo-corrélation et du suivi de pixels dans une séquence d'images par corrélation. Compte tenu de la finalité métrologique de ces travaux, nous accordons une attention toute particulière à la précision des méthodes mises en oeuvre (qualité du calibrage, qualité de la mise en correspondance des images, corrélation subpixel,...).

Ces travaux ont été appliqués à l'emboutissage de tôles minces (mesure de formes 3D d'emboutis et mesure de champs de déformations à la surface d'emboutis 3D), à la mise en forme de polymères (mesure de champs de déplacements 3D sur des membranes en élastomère soufflées), et à l'étude du comportement mécanique de bétons réfractaires renforcés de fibres métalliques (mesure de champs de déplacements 3D lors d'essais de traction).

Le projet VERTEX, dans lequel s'inscrivent ces travaux, a pour objectif de valider des modèles composites par essais statiques multi-axiaux sur des éprouvettes à l'échelle des détails structuraux. Le positionnement à cette échelle nécessite de développer de nouveaux outils d'instrumentation et de dialogue essais/calculs, qui sont au cœur de cette thèse. Compte-tenu de la complexité de ce type d'essai, nous nous intéressons ici à la Stéréo Corrélation d'Images Numériques (SCIN) puisqu'elle permet d'accéder à un champ de déplacement 3D à la surface du spécimen. Néanmoins, si l'on s'en tient à des approches classiques, il est difficile de faire une comparaison quantitative entre un champ mesuré et un champ simulé par Éléments Finis (EF). Ainsi dans ce travail, un formalisme est développé pour réaliser une mesure par SCIN dans l'espace physique en se basant sur un modèle EF (calibration de modèles non-linéaires de caméra, mesure de forme EF, mesure de champs EF). Cette méthode donne accès à un champ de déplacement expérimental directement exprimé dans les repère et support EF de la simulation, ce qui simplifie considérablement la validation. Pour valider un modèle à l'échelle des détails structuraux, la question des conditions aux limites est fondamentale. Cette question est d'autant plus complexe que la mesure cinématique se limite à la surface visible. En plus de cette mesure surfacique, il est envisagé ici d'estimer les conditions aux limites dans l'épaisseur en s'appuyant sur un modèle de type plaque/coque (classique ou volumique) et en y accordant plus ou moins de confiance (approches régularisée ou intégrée dans tout ou partie de l'éprouvette). La méthodologie est implémentée dans un logiciel académique et est appliquée sur des essais synthétiques. Une instrumentation adaptée au banc VERTEX a également permis l'analyse des essais réalisés dans le projet
VERTEX Project, to which this thesis belongs, aims to validate composite models by multi-axial static tests on specimens at the level of structural details. The positioning on this scale requires the development of both new instrumentation techniques and tools for the test/simulation dialogue, which are at the heart of this thesis. Given the complexity of this type of experiments, we focus here on Stereo Digital Image Correlation (SDIC) since it yields 3D displacement fields on the surface of the specimen. However, if we stick to conventional approaches, it is difficult to make quantitative comparisons between a measured field and a Finite Element (FE) simulated field. Thus, in this work, a framework is developed to make a measurement by SDIC in the physical coordinate system based on an FE model (calibration of non-linear camera models , FE shape measurement, FE field measurement). This method gives access to experimental displacement fields directly expressed both in the coordinate system and support of the FE simulation, which considerably simplifies validation. To validate a model at the scale of structural details, the question of boundary conditions is fundamental. This question is even more complex since the kinematic measurement is limited to the visible surface. In addition to this surface measurement, it is here envisioned to estimate additionally the boundary conditions in the thickness of the specimen relying on a plate/shell-like model (classic or volume). Different approaches are considered depending on the confidence giving to this model. This methodology is implemented in an academic software and is applied to synthetic tests. The development of a dedicated instrumentation also allowed the analysis of tests performed on the VERTEX bench

Les contraintes environnementales ont amené les constructeurs et équipementiers automobiles à développer de nouveaux types de transmission aux contraintes d'encombrement axial importantes. Pour la première fois, ce travail se concentre sur la caractérisation et l'identification du comportement sous sollicitations thermiques et mécaniques de la garniture d'embrayage, un matériau composite complexe. Les sollicitations de traction ont été réalisées à différentes températures et fréquences sur des échantillons prélevés dans le disque ou le disque complet. Nous avons ainsi identifié les caractéristiques élastiques et viscoélastiques en fonction de la température ainsi que les mécanismes d'endommagement. La dilatation thermique de la garniture a été observée sur les disques complets. Ainsi, grâce à l'utilisation de la stéréo-corrélation couplée avec des méthodes d'identification inverse nous avons pu décrire le couplage entre l'hétérogénéité du matériau et l'effet de la structure annulaire. Enfin au travers de cycles thermiques lents et homogènes, l'étude présente l'évolution du coefficient d'expansion thermique et de la tenue mécanique du matériau
The clutch facing is an annular shaped continuous fiber composite which transmits the rotary motion from the engine to the wheels. In use it is submitted to thermal and mechanical loadings which can cause changes in the dimensions. New clutch technologies call for a better control of these changes. For the first time, this thesis was dedicated to the understanding of the dimensional stability of the clutch facing. Tensile tests were carried out under different temperature and for different frequencies on small cut specimens or on the entire annular disc. We were then able to identify the elastic and viscoelastic properties as well as the damage mechanisms until failure. The thermal expansion was measured on the entire disc as well. Thanks to digital image stereo correlation and reverse identification methods we were able to describe the coupling between the material's heterogeneities and its annular shape. Finally, this thesis presents the evolution of the material properties after homogeneous thermal cycling

En vision industrielle, de nombreuses applications de mesure et de contrôle qualité évoluent vers des problématiques tri-dimensionnelles. Les systèmes de stéréovision sont des solutions technologiques qui attirent les industriels par leur simplicité mécanique. Deux caméras statiques disposées à des endroits stratégiques peut s'avérer suffisantes pour répondre à cette problématique bien que les contraintes industrielles imposent de respecter des temps de traitement courts et des mesures précises. La diversité des applications nous amènent à envisager deux approches afin de répondre à deux types d'application. La première technique consiste en la reconstruction 3D à partir de paires de points images qui se correspondent dans les deux images. Elle est destinée à répondre à la problématique de mesure 3D. Les méthodes de calibration monoculaire et de calcul 3D par triangulation sont la base de la reconstruction 3D. Nous étudions la précision de mesure et son évolution selon la pose du système de capture par rapport à la scène observée. La seconde technique consiste à construire des images de disparité afin de répondre à des problématiques de construction de profil et d'analyse de défaut. La contrainte d'alignement des caméras, nécessaire pour accélérer le processus de mise en correspondance, implique d'utiliser des méthodes de calibration stéréoscopique et de rectification des images. Nous étudions l'impact de l'alignement sur la qualité de la rectification. La production de carte dense de disparité se base sur les techniques de stéréo-corrélation. Nous montrons les limites de l'utilisation d'un noyau de corrélation carré et proposons une alternative par production de deux cartes denses de disparité à partir de deux noyaux mono-directionnels, améliorant la mesure de disparité sur les zones de contours et d'occultations
In industrial vision, many applications for measuring and quality control are moving to three-dimensional problems. Stereovision systems are technological solutions that attract industry by their mechanical simplicity. Two static cameras placed at strategic locations may be sufficient to address this problem although the industrial constraints imposed to respect a short processing time and precise measurements. The diversity of applications lead us to consider two approaches to resolve the two types of application. The first technique consists in the 3D reconstruction from pairs of image points which correspond in both images. It is intended to address the problem of 3D measurement. The methods of monocular calibration and 3D triangulation are the basis of 3D reconstruction. We study the accuracy and its evolution according to the capture system pose compared to the observed scene. The second technique is to construct disparity maps to address problems of building profile and default analysis. The alignment constraint of cameras needed to accelerate the process of matching involves the use of methods of stereoscopic calibration and image rectification. We study the impact of alignment on the quality of the rectification. The production of dense disparity map is based on the stereo-correlation techniques. We show the limits of the use of a squared correlation kernel and propose an alternative production of two dense disparity maps from two mono-directional kernels, improving the measurement of disparity around edges and occlusions

Les mesures optiques dimensionnelles sont des techniques en plein essor dont la maîtrise et l'exploitation soulèvent encore de nombreuses questions. Pour une meilleure compréhension d'un système de mesure par stéréo-corrélation d'images, des études de caractérisation et d'évaluation de l'erreur de mesure en corrélation à partir d'images synthétiques et en stéréovision à partir d'images réelles ont été réalisées. Les résultats mettent en avant l'influence de plusieurs paramètres : fenêtre de corrélation, déformation et gradient de déformation. La dernière partie de l'étude est consacrée à l'identification de comportements constitutifs à partir des mesures de champs. Deux méthodes sont mises en œuvre : la méthode des champs virtuel pour l'identification des paramètres élastiques d'un matériau et l'identification paramétrique par recalage éléments finis pour le cas des comportements élasto-plastiques
The optical dimensional measurements are emergent techniques whose control and exploitation still address many questions. For a better understanding of the stereo-correlation measurement systems, studies are made to characterize and assess the digital image correlation measurement error by the way of synthetic images. The stereovision characterization is made using real images. The results highlight the influence of several parameters : subset size, strain and strain gradient. The last part of this study is devoted to the identification of constitutive behaviour law using full-field measurements. Two identification methods are used : the virtual fields method to determine the elastic parameters of a material and the finite element model updating method to identify the elasto-plastic behaviour law

L'objectif de cette thèse est de proposer une solution au problème de la constance des couleurs entre les images d'une même scène acquises selon un même point de vue ou selon différents points de vue. Ce problème constitue un défi majeur en vision par ordinateur car d'un point de vue à l'autre, on peut être confronté à des variations des conditions d'éclairage (spectre de l'éclairage, intensité de l'éclairage) et des conditions de prise de vue (point de vue, type de caméra, paramètres d'acquisition tels que focus, exposition, balance des blancs, etc.). Ces variations induisent alors des différences d'apparence couleur entre les images acquises qui touchent soit sur l'ensemble de la scène observée soit sur une partie de celle-ci. Dans cette thèse, nous proposons une solution à ce problème qui permet de modéliser puis de compenser, de corriger, ces variations de couleur à partir d'une méthode basée sur quatre étapes : (1) calcul des correspondances géométriques à partir de points d'intérêt (SIFT et MESR) ; (2) calculs des correspondances couleurs à partir d'une approche locale; (3) modélisation de ces correspondances par une méthode de type RANSAC; (4) compensation des différences de couleur par une méthode polynomiale à partir de chacun des canaux couleur, puis par une méthode d'approximation linéaire conjuguée à une méthode d'estimation de l'illuminant de type CAT afin de tenir compte des intercorrélations entre canaux couleur et des changements couleur dus à l'illuminant. Cette solution est comparée aux autres approches de l'état de l'art. Afin d'évaluer quantitativement et qualitativement la pertinence, la performance et la robustesse de cette solution, nous proposons deux jeux d'images spécialement conçus à cet effet. Les résultats de différentes expérimentations que nous avons menées prouvent que la solution que nous proposons est plus performante que toutes les autres solutions proposées jusqu'alors
The objective of this thesis is to propose a solution to the problem of color consistency between images originate from the same scene irrespective of acquisition conditions. Therefore, we present a new color mapping framework that is able to compensate color differences and achieve color consistency between views of the same scene. Our proposed, new framework works in two phases. In the first phase, we propose a new method that can robustly collect color correspondences from the neighborhood of sparse feature correspondences, despite the low accuracy of feature correspondences. In the second phase, from these color correspondences, we introduce a new, two-step, robust estimation of the color mapping model: first, nonlinear channel-wise estimation; second, linear cross-channel estimation. For experimental assessment, we propose two new image datasets: one with ground truth for quantitative assessment; another, without the ground truth for qualitative assessment. We have demonstrated a series of experiments in order to investigate the robustness of our proposed framework as well as its comparison with the state of the art. We have also provided brief overview, sample results, and future perspectives of various applications of color mapping. In experimental results, we have demonstrated that, unlike many methods of the state of the art, our proposed color mapping is robust to changes of: illumination spectrum, illumination intensity, imaging devices (sensor, optic), imaging device settings (exposure, white balance), viewing conditions (viewing angle, viewing distance)

Le défaut de rives en dents de scie sont des excroissances de matière qui se développent durant le laminage à froid des bobines d’acier, avec comme initiateur le procédé de cisaillage des rives. Ces travaux se concentrent sur ces deux phases de la production des bobines d’acier, dans le but de comprendre les phénomènes qui conduisent à l’initiation de ce défaut. Deux campagnes expérimentales sont menées sur des éprouvettes de rives cisaillées. L’influence de leur écrouissage initial et des conditions de contact bande/cylindre est étudiée par le biais de l’Upsetting Rolling Test (URT). Ces deux campagnes d'essais montrent que ces paramètres affectent fortement le comportement des rives à la fissuration. L’analyse des éprouvettes ne pouvant se faire que a posteriori, un modèle éléments finis du procédé de cisaillage est créé. Une stratégie de modélisation est mise en place pour la création du modèle d’éprouvette URT et le transfert de l’historique mécanique de la rive cisaillée numériquement. Le modèle ainsi créé permet d’analyser finement le comportement des rives durant leur déformation plastique. Ces modèles éléments finis sont alimentés par un modèle de comportement élastoplastique non-associatif endommageable, calibré grâce à la stéréo-corrélation d’images. Plusieurs critères de rupture sont implémentés puis calibrés, et l’un d’entre est retenu pour la simulation de la séparation du matériau dans le cas du cisaillage de rives. Les résultats montrent que les conditions de contact bande/cylindre ont une forte influence sur la rhéologie des éprouvettes ; les conclusions de ces travaux conduisent à des solutions concrètes pour l’amélioration de la qualité du produit final
Edge serration defect, also called saw toothed edge condition, are material excrescences that grow during cold rolling of steel coils and is initiated by the edge-trimming process. This research work focuses on these two stages of steel coils manufacturing, in order to understand the phenomena that lead to this defect. Two design of experiments are performed on trimmed edge specimens. The effects of parameters such as strain hardening and part/work-roll contact conditions are studied using the Upsetting Rolling Test (URT). These two design of experiments show that the considered parameters strongly affect the edges behaviour on cracking. Specimens analysis can only be performed a posteriori. Thus, a finite element model of edge- trimming process is built. A strategy of simulation is created in order to model the URT specimens and to transfer the mechanical history from the numerically trimmed edge to the URT specimen model. This new model allows to analyze precisely the edges behaviour during a cold reduction. The finite element models are supplied by a damageable non-associative elastoplastic model, calibrated by 3D Digital Image Correlation (3D-DIC). Several failure criteria are implemented and calibrated; one of them will be selected to simulate material separation in the case of edge-trimming. The results show that the strip/work-roll contact conditions have a major effect on specimens rheology. The conclusions of this work lead to realistic solutions in order to improve the quality of the final product

La marée interne contribue au maintien de la circulation méridienne de renversement. Il existe, à l'heure actuelle, une controverse sur la nature exacte des mécanismes pilotant cette circulation. Une meilleure quantification des apports énergétiques associés aux ondes internes permettrait d'apporter quelques clés de compréhension de ce mécanisme complexe. Dans cette thèse, différents régimes d'ondes internes topographiques inspirés par des congurations océaniques sont étudiés an d'évaluer quantitativement les transferts énergétiques associés. L'utilisation complémentaire des outils numériques et expérimentaux permet de détailler la dynamique de ces régimes de manière exhaustive. La première partie de la thèse porte sur la génération d'ondes internes linéaires par l'oscillation d'un mont Gaussien dans un fluide linéairement stratifié. L'approche choisie s'appuie sur un jeu d'expériences de laboratoire pour lesquelles la pente relative du rayon d'onde interne par rapport à la pente maximale du mont varie. Nous montrons qu'un maximum énergétique est atteint dans le régime critique pour lequel les pentes du rayon et du mont sont similaires. Dans la suite de la thèse, la dynamique d'ondes internes de forte amplitude se propageant dans des régions de fort gradient de densité, comme la pycnocline océanique, est étudiée. Nous utilisons dans un premier temps le modèle numérique Symphonie-NH pour décrire leur génération et leur dynamique, sur une configuration académique bidimensionnelle. Tout d'abord, la génération primaire d'ondes internes interfaciales est étudiée. On s'intéresse en particulier à des régimes fortement non-linéaires pour lesquelles des ondes solitaires sont observées. Elle sont induites par l'interaction directe entre la marée barotrope et la topographie et est observée dans des régimes de pycnocline de forte intensité dans l'océan, comme en mer de Sulu. La structure des ondes internes solitaires est étudiée avec des modèles analytiques simples comme l'équation KdV. En modifiant la forme du mont, un contrôle topographique important de la génération primaire d'ondes internes solitaires est observé. Un paramètre adimensionné est proposé pour décrire ce contrôle. Ensuite, la génération secondaire d'ondes internes solitaires induites par l'interaction de rayons d'ondes internes émis sur une topographie avec une pycnocline d'intensité modérée, comme dans le Golfe de Gascogne, est étudiée. Des simulations numériques directes sont effectuées pour décrire la dynamique des ondes internes solitaires, et leur atténuation par radiation d'énergie dans la couche inférieure. L'évolution de la structure des modes normaux en fonction de l'intensité de la pycnocline, et le rôle joué par la forme du mont sont détaillés. Des expériences sont menées pour étudier la génération primaire et la génération secondaire d'ondes internes solitaires dans le grand canal du CNRM-GAME. Une configuration expérimentale utilisant un mont sinusoïdal oscillant dans la couche inférieure, stratifée ou non, d'un fluide bicouche est adoptée. Cette configuration, inspirée des simulations numériques précédentes, permet d'explorer une gamme plus large de régimes d'ondes interfaciales. Des mesures de déplacement interfacial avec des sondes à ultrasons d'une part, et avec des mesures optiques d'autre part, permettent de discuter la dynamique, et la structure tridimensionnelle de ces ondes. La structure des ondes internes solitaires dans le cas de la génération primaire apparaît plus stable que pour la génération secondaire. Dans ce deuxième cas, des structures transverses régulières sont mesurées.

La marée interne contribue au maintien de la circulation méridienne de renversement. Il existe, à l'heure actuelle, une controverse sur la nature exacte des mécanismes pilotant cette circulation. Une meilleure quantification des apports énergétiques associés aux ondes internes permettrait d'apporter quelques clés de compréhension de ce mécanisme complexe. Dans cette thèse, différents régimes d'ondes internes topographiques inspirés par des configurations océaniques sont étudiés afin d'évaluer quantitativement les transferts énergétiques associés. L'utilisation complémentaire des outils numériques et expérimentaux permet de détailler la dynamique de ces régimes de manière exhaustive. La première partie de la thèse porte sur la génération d'ondes internes de petite amplitude par l'oscillation d'un mont Gaussien dans un fluide linéairement stratifié. L'approche choisie s'appuie sur un jeu d'expériences de laboratoire pour lesquelles la pente relative du rayon d'onde interne par rapport à la pente maximale du mont varie. Nous montrons qu'un maximum énergétique est atteint dans le régime critique pour lequel les pentes du rayon et du mont sont similaires. Dans la suite de la thèse, la dynamique d'ondes internes de forte amplitude se propageant dans des régions de fort gradient de densité, comme la pycnocline océanique, est étudiée. Nous utilisons dans un premier temps le modèle numérique Symphonie-NH pour décrire leur génération et leur dynamique, sur une configuration académique bidimensionnelle. Tout d'abord, la génération primaire d'ondes internes interfaciales est étudiée. On s'intéresse en particulier à des régimes fortement non-linéaires pour lesquelles des ondes solitaires sont observées. Elle sont induites par l'interaction directe entre la marée barotrope et la topographie et est observée dans des régimes de pycnocline de forte intensité dans l'océan, comme en mer de Sulu. La structure des ondes internes solitaires est étudiée avec des modèles analytiques simples comme l'équation KdV. En comparant le déplacement de la pycnocline généré par des topographies de différentes formes, nous montrons qu'un contrôle topographique important est exercé par le mont sur la génération primaire d'ondes internes solitaires. Un paramètre adimensionné est proposé pour décrire ce contrôle topographique. Ensuite, la génération secondaire d'ondes internes solitaires induites par l'interaction de rayons d'ondes internes émis sur une topographie avec une pycnocline d'intensité modérée, comme dans le Golfe de Gascogne, est étudiée. Des simulations numériques directes sont effectuées pour décrire la dynamique des ondes internes solitaires, et leur atténuation par radiation d'énergie dans la couche inférieure. L'évolution de la structure des modes normaux en fonction de l'intensité de la pycnocline, et le rôle joué par la forme du mont sont détaillés. Des expériences sont menées pour étudier la génération primaire et la génération secondaire d'ondes internes solitaires dans le grand canal du CNRM-GAME. Une configuration expérimentale utilisant un mont sinusoïdal oscillant dans la couche inférieure, stratifiée ou non, d'un fluide bicouche est adoptée. Cette configuration, inspirée des simulations numériques précédentes, permet d'explorer une gamme plus large de régimes d'ondes interfaciales. Des mesures de déplacement interfacial avec des sondes à ultrasons d'une part, et avec des mesures optiques d'autre part, permettent de discuter la dynamique, et la structure tridimensionnelle de ces ondes. La structure des ondes internes solitaires dans le cas de la génération primaire apparaît plus stable que pour la génération secondaire. Dans ce deuxième cas, des structures transverses régulières sont mesurées
Internal tides contribute to sustain the Meridional Overturning Circulation. In fact, the relative importance of the mechanical and thermodynamical energy sources is being debated, yet it is clear that the mixing these waves induce is strongly linked to the General Circulation energy balance. In order to provide quantitative evaluations of energy transfers associated with internal waves generated over a topography in various regimes of linearity and stratification, we adopt a complementary approach, relying on numerical and experimental tools. In the first part of this manuscript, I focus on linear internal waves generated by the oscillation of a Gaussian ridge in a linearly stratified fluid. An energy-based approach of a series of laboratory experiments in which the ratio of the internal wave ray slope to the ridge slope is modified, permits to highlight that near-critical bottom topographies are likelier to generate powerful internal waves. Another aspect of my thesis is the dynamics of nonlinear internal waves in regions of sharp density gradients such as the ocean pycnocline. Important nonlinear effects are involved in such processes, potentially leading to the generation of internal solitary waves. These waves are responsible for important energy transfers, as they initiate turbulent mixing while they propagate in the pycnocline. Therefore, their generation and propagation processes are a crucial point of study. For that purpose, simulations using the numerical model Symphonie-NH are performed to describe two generation processes observed in the ocean. First, I focus on the primary generation of internal solitary waves, caused by the direct interaction between the barotropic tide with the ocean bottom topography, observed in strong pycnocline regimes in the ocean, such as in the Sulu sea. The structure of internal solitary waves is studied using simple analytical models such as the KdV scheme. By comparing the isopycnal displacements obtained with ridges of different shapes, we show that a strong topographic control is exerted by the ridge shape in the primary generation of internal solitary waves. A nondimensional parameter is proposed to describe this topographic control. Then, the secondary generation of internal solitary waves, induced by the interaction between internal wave rays emitted at a topography and a pycnocline of moderate strength (like in the Bay of Biscay) is treated. Direct numerical simulations are performed to study the dynamics of these internal solitary waves, and their damping due to a downward leaking of energy. The evolution of the normal modes structure with respect to the pycnocline strength, as well as the role played by the topography shape are described in order to provide new insights regarding the secondary generation process. Experiments are performed to study the primary and secondary generations of internal solitary waves in the large water tank of CNRM-GAME. An experimental configuration using a steep sinusoidal ridge oscillating in a two-layer fluid is used. Measurements with ultrasonic probes and optical measurements permit to observe the dynamics and the three-dimensional structure of these waves. Internal solitary waves issued from the primary generation process appear more stable than in the secondary generation process, for which substantial transverse structures are observed

Les propriétés mécaniques en termes de comportement monotone, résistance en fatigue et ténacité d’alliagesde titane soudés par friction linéaire ont été étudiées et comparées à celles des matériaux de base. Le soudage par friction linéaire est un procédé de soudage à l’état solide qui pourrait être utilisé dans l’industrie aéronautique pour assembler des structures fortement chargées. Étant donné que le noyau de soudure du joint mono-matériau Ti6242 a montré une résistance mécanique supérieure à celle du matériau de base, ses propriétés mécaniques ont été étudiées en utilisant des éprouvettes entaillées. Elles ont montré une certaine ductilité et une rupture mixte entre des mécanismes ductiles et fragiles. Les champs de déformation locale et de vitesse de déformation normalisée ont été étudiées sur des éprouvettes lisses. Une activité plastique précoce a été observée dans le voisinage du noyau de la soudure et elle a été attribuée aux contraintes résiduelles. Pour la durée de vie visée de 105 cycles, la résistance en fatigue a légèrement été réduite mais compromise avec une forte dispersion de la durée de vie reliée à la contamination avant soudage. Le mécanisme auto-nettoyant n’a pas réussi à extruder les contaminants à l’interface d’un joint bi-matériauxTi17-TA6V et a mené à une rupture fragile au niveau d’une couche de défauts. Pour un joint bi-matériauxTi17-TA6V nettoyé avant soudage, une rupture ductile a été observée tantôt au niveau du matériau de baseTA6V tantôt au niveau de la zone thermo-mécaniquement affectée (TMAZ) côté Ti17, due à un épuisement de la phase durcissante alpha. L’amorce des fissures de fatigue a eu lieu au niveau de la TMAZ Ti17 avec une résistance en fatigue réduite. La ténacité a également été dégradée et le faciès de rupture au niveau de la TMAZ a dévoilé des amas de cavités allongées et parallèles. Les mêmes tendances ont été observées pour un joint mono-matériau Ti17. Un traitement thermique post-soudage de celui-ci a permis de retrouver avec succès des propriétés proches de celles du MB
The mechanical properties in terms of tensile behaviour, fatigue strength and toughness of Linear FrictionWelded (LFW) Titanium (Ti) alloys were studied and compared to the parent materials' (PM) behaviour. LFWis a solid state joining process that could be used for assembling heavily loaded structures in the aerospaceindustry. Since the Weld Centre Zone (WCZ) of a similar Ti6242 LFW joint exhibited overmatching strength,its fracture mechanisms and ductility were investigated by micro-tensile tests using notched specimens. Theyrevealed some ductility and a mixture of brittle and ductile fracture mechanisms. Local strain and normalizedstrain rate fields on smooth samples were assessed by Stereo Digital Image Correlation (SDIC) and showedan early plastic activity at yielding in the vicinity of the WCZ, attributed to residual stresses. For the target lifeof 105 cycles, the fatigue strength was slightly reduced but compromised by a strong scatter that was relatedto prior to welding contamination. The LFW self-cleaning mechanism also failed to extrude the contaminantsat the weld interface of a dissimilar Ti17-Ti64 LFW joint that led to pseudo-brittle fracture at a defect layerin the WCZ. For a pre-cleaned dissimilar Ti17-Ti64 LFW joint, ductile rupture was observed sometimes atthe Ti64 PM and sometimes at the Ti17 thermo-mechanically affected zone (TMAZ), due to a depletion ofthe strengthening alpha phase. Fatigue cracks initiated at the weak Ti17 TMAZ with a reduced fatigue strengthcompared to the PM. Fracture toughness was significantly reduced and the fracture surface at the TMAZhighlighted unexpected clusters of parallel and elongated voids. These trends were also observed for a similarTi17 LFW joint. Comparable mechanical properties to those of the Ti17 PM were successfully regained bymeans of a post-weld heat treatment

La finalité de cette thèse est d’étudier la pertinence et les limites des méthodes de vision 3D couplées à une caméra ultra-rapide pour la mesure de champs vibratoires, sans contact et de manière synchrone, dans le domaine des fréquences associées à la vibro-acoustique. Un premier montage pseudo stéréoscopique, issu de la robotique, mobilisant un jeu de quatre miroirs afin de générer deux vues virtuelles à partir d’une seule caméra réelle, a été testé sur une plaque et un haut-parleur. Les résultats, validés par comparaison avec ceux obtenus avec un vibromètre laser, attestent de la pertinence de l’approche en dépit des contraintes liées aux éléments optiques. Dans une logique de simplification, trois autres montages ont alors été proposés et testés, permettant de concevoir deux techniques de mesure de vibration plein champ et une méthode itérative de rectification d’images (IRIs), adaptées au contexte. La méthode sans miroir utilise une ligne mathématique pour la triangulation et est fondamentalement adaptée à la mesure de vibrations mono-axiales d'objets globalement plans, affichant des déplacements non-répétables selon la normale de la surface ou selon un axe connu. La méthode à caméras asynchrones, quant à elle, utilise une caméra ultra-rapide et une caméra rapide, et permet la mesure de vibrations multi-axiales de phénomènes vibratoires 3D. Les résultats obtenus sur le capot d’une voiture et sur un haut-parleur attestent de son potentiel pour la caractérisation de panneaux ou le test qualité de fin de chaine d’assemblage de haut-parleurs par exemple. En conclusion, les trois protocoles de mesure et les résultats associés sont comparés afin de cibler leurs potentialités et limites respectives dans le contexte de la mesure de vibrations
The objective of this Ph.D is to study the relevance and limits of 3D vision methods coupled to high-speed cameras and applied to non-contact synchronous vibration measurement, in the vibro-acoustic range of frequencies. A first pseudo stereoscopic set-up, taken from robotics, using a four-mirror adapter in order to generate two virtual viewpoints from a single real camera, has been tested on a plate and a loudspeaker. The results, validated by comparison with those obtained with a laser vibrometre, prove the relevance of the approach, despite some constraints related to the optical elements. In a logic of simplification, three other set-ups have then been proposed and tested, allowing designing two full-field vibration measurement techniques and a method for the Iterative Rectification of Images (IRIs), adapted to the context. The no-mirror method uses a mathematical line to triangulate positions and is basically suited to measure the single-axis vibrations of globally plane objects, displaying non-repeatable displacements along the normal of the surface or along a known axis. The asynchronous cameras technique requires a high-speed and an industrial camera used simultaneously to measure the multi-axis displacements of 3D vibratory phenomena. The results obtained on a car bonnet and a loudspeaker prove its potential to characterise large panels or to carry out end-of-line testing of loud-speakers for example. In conclusion, the three measurement protocols and the associated results are compared in order to assess their respective potentialities and limits in the context of vibration measurement

L'analyse du comportement des assemblages poteau-poutre en béton armé ainsi que leur influence sur la résistance de l'ensemble de la structure sous chargement cyclique ou sismique a fait l'objet de plusieurs investigations ces dernières années. Toutefois, le comportement de cette partie de structure reste loin d'être maitrisé à cause de la complexité de cet assemblage qui fait intervenir plusieurs phénomènes physiques, et à cause du manque de données expérimentales. Ce travail a pour but de mettre en place et fournir une base de données expérimentales fiable et dense dont la vocation est de donner accès à un benchmark expérimental pour permettre la modélisation et la validation du comportement de ces assemblages
The behavior of reinforced concrete beam-column joints and their influence on the strength of the structures under cyclic or seismic loadings has been the subject of several investigations in recent years. However, the behavior of that part of the structure remains far from being mastered due to the complexity of the assembly involving several physical phenomena and due to the lack of exhaustive experimental data. This work aims to implement and provide a reliable and dense experimental database whose vocation is to provide access to an experimental benchmark to enable the modeling and validation of the behavior of these assemblies

L'objectif de notre recherche est d'extraire les altitudes h d'une scène donnée prise en image sous deux angles différents donnés par le satellite SPOT. Dans ce but nous avons modélisé le mouvement du satellite et de son système optique afin de transformer les deux images initiales en images épipolaires, ce qui nous permettra de réduire le temps d'appariement et de trouver les pixels homologues avec succès. Pour la mise en correspondance, nous avons utilisé une technique qui est à base de la corrélation et de la programmation dynamique. Cette méthode nous a permet d'apparier 96 % des pixels homologues avec une erreur inférieure à 5 mètres. Ce problème de mise en correspondance reste toujours ouvert
The aim of our research was to extract the level h of a precise landscape taken over two differents angles by the satellite SPOT. To do so, we have modelised the movement of the satellite and his optical system to transform the two first images in another one, epipolar which will allow us to reduce the matching time and to find with success the equivalent pixels. For the pairing, we have utilised a technic wich is based on the corrolation and of the dynamic programming. This method was very satisfactory and allow us to match 96 % of the equivalent pixels, with an error of less than 5 meters, but the original problem is still a matter of research for complimentary studing

Ce travail est consacré à l'étude du procédé de formage incrémental simple point (Single Point Incremental Forming, SPIF). Ce nouveau procédé de mise en forme de tôles à froid est surtout utilisé pour le prototypage et la réalisation de petites séries. Son principe est basé sur le repoussage local de la matière par un poinçon de petite taille devant les dimensions de la tôle et contrôlé en déplacement. Dans un premier temps, un pilote de SPIF équipé d'un capteur de forces tri-axes et d'un banc multi-caméras permettant l'utilisation de la mesure de champs par stéréo-corrélation a été développé au laboratoire. Au moyen de celui-ci, une étude paramétrique du procédé SPIF concernant entre autre la formabilité et l'emboutissabilité de tôles d'alliage d'aluminium a été tout d'abord réalisée. Ensuite, plusieurs méthodes d'identification ont été mises en œuvre afin d'identifier les paramètres de critères de plasticité (Hill48, Hill90 et Barlat) et de lois d'écrouissage isotrope permettant de modéliser le comportement élastoplastique anisotrope des tôles étudiées. La méthode d'identification à partir de mesures de champs par recalage de modèle Eléments-Finis a notamment été développée. Enfin, à partir des modèles identifiés, une simulation éléments finis d'une trajectoire simple en formage incrémental a été réalisée, ces résultats sont comparés avec des résultats expérimentaux.

La recherche du meilleur compromis performance –coût dans la conception puis l'exploitation des structures en matériau composite est un enjeu industriel majeur. Il nécessite le développement de méthodologies permettant l'analyse du matériau au sein même de la structure. Pour répondre à cet objectif, les travaux de cette thèse mettent à profit la capacité des composites d'être instrumentés à cœur. Cette opportunité est exploitée sur des éprouvettes dites technologiques, c'est-à-dire représentatives de singularités conceptuelles. Les capteurs fibre optique à réseau de Bragg (RB) ont été choisis pour contribuer à l'analyse du matériau (Hexply M21 T700 GC) au sein de la structure sur toute sa plage de vie. Une partie des travaux porte sur l'aspect technologique du capteur RB, son intégration dans les composites, sa tenue aux conditions sévères d'élaboration et l'analyse de l'information qu'il délivre lorsqu'il est placé au cœur du matériau. La première analyse concerne le suivi de fabrication des éprouvettes en autoclave. Les RB nous renseignent sur l'évolution continuée des déformations résiduelles de cuisson au sein du matériau. Ils permettent ensuite une analyse thermoélastique des structures polymérisées. Enfin, les éprouvettes technologiques instrumentées sont soumises à divers essais de flexion. Ceux-ci sont accompagnés de mesures de champs par stéréo corrélation d'images numériques afin d'acquérir une information globale en surface. Un dialogue essai-calcul est établi. L'ensemble de ces études contribue à l'identification des propriétés du matériau et leurs variabilités, en soulignant l'importance de la connaissance de l'état initial et des effets de structure.

Ce travail porte sur l'identification de modèles de zones cohésives. Ces modèles, proposés initialement dans les années 60 sont maintenant intensivement utilisés dans les simulations numériques pour rendre compte de l'initiation et de la propagation de fissures pour différents matériaux et structures. L'identification de ces modèles reste encore aujourd'hui une problématique délicate. Les développements récents de techniques d'imagerie permettent d'accéder à des champs de mesures locales (e.g. déformation et température, ...). On se propose dans ce travail d'utiliser la richesse des informations issues de ces techniques d'imagerie pour mettre en place une procédure d'identification qui prenne en compte à la fois le développement de la localisation (effet de structure) mais aussi la nature des différentes irréversibilités mises en jeu (comportement thermomécanique). On s'intéresse à des comportements élasto-plastiques endommageables de matériaux ductiles. L'endommagement est associé à un comportement cohésif de l'interface entre les éléments volumiques supposés purement élasto-plastiques. La procédure d'identification comporte deux étapes. La première consiste à caractériser la forme et les paramètres de la loi cohésive sur des essais de traction standard à partir d'une analyse des champs mécaniques locaux. La seconde étape consiste à vérifier la cohérence thermo-mécanique du modèle identifié en confrontant les mesures calorimétriques déduites des champs de température aux les prévisions du modèle identifié. Cette méthode est appliquée avec succès sur différents matériaux ductile (acier Dual Phase et cuivre). Une attention particulière est portée sur la caractérisation de la longueur caractéristique associée aux modèles cohésifs. On montre que cette longueur peut-être corrélée à l'échelle d'identification des processus d'endommagement sousjacents. Ainsi les modèles cohésifs identifiés sont fournis au modélisateur avec l'échelle physique à laquelle ils résument l'endommagement volumique du matériau.

Les paramètres de loi de comportement s'identifient habituellement à partir d'éprouvettes standardisées présentant des champs de déformations homogènes. L'essor actuel des méthodes inverses incite à l'utilisation d'essais plus hétérogènes. L'objectif de cette thèse est de développer une procédure d'identification inverse en utilisant une méthode de recalage de modèles éléments finis basée sur des expériences à hétérogénéités croissantes des champs de déformation. À cette fin, des essais plans avec différentes géométries d'éprouvettes, en titane commercialement pur, ont été effectués et un essai original hors plan fortement hétérogène a été mis au point. Dans ce dernier cas, un essai unique réalisé à l'aide d'une machine de traction uni-axiale permet d'obtenir des sollicitations d'expansion, mais aussi de traction et de cisaillement selon deux directions orthogonales. Des mesures de champs cinématiques planes et non planes (stéréo-corrélation d'images) sont utilisées afin d'évaluer les déformations jusqu'à striction. À partir de ces mesures en grandes déformations, on propose de mener une comparaison entre les informations issues de l'expérience et un modèle dupliquant les conditions expérimentales (conditions aux limites issues de la corrélation d'images). Cette comparaison conduit, via un processus d'optimisation, à l'actualisation itérative du jeu de paramètres de la loi de comportement utilisée dans le modèle éléments finis. Le nombre de paramètres ainsi identifiés varie selon le modèle de comportement : élastique anisotrope puis élasto-plastique anisotrope. Différentes validations ont mis en évidence l'intérêt de considérer des champs de déformation fortement hétérogènes. Dans ce cadre, des prédictions numériques d'opérations d'emboutissage, réalisées à l'aide des différents jeux de paramètres identifiés sont comparées à l'expérience. On montre que la prise en compte d'un modèle élastique anisotrope plutôt qu'isotrope fournit un état de contrainte plus réaliste en début de plasticité, améliorant considérablement l'identification du modèle plastique. Enfin, une approche couplée entre mesures de champs cinématiques et thermiques (thermographie infrarouge) a été développée. Les paramètres d'un modèle mécanique sont identifiés puis utilisés pour l'évaluation d'un modèle thermique calculant les sources de chaleur. Par cette méthode, plusieurs modèles d'évolution de la fraction d'énergie dissipée sous forme de chaleur ont été identifiés (coefficient de Taylor et Quinney).