Submitted by (lucia.rodrigues@ufrpe.br) on 2016-10-14T14:40:26Z No. of bitstreams: 1 Valdemir de Paula e Silva Junior.pdf: 1674024 bytes, checksum: fa219e683d9e8d4feb594943a85825eb (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-14T14:40:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Valdemir de Paula e Silva Junior.pdf: 1674024 bytes, checksum: fa219e683d9e8d4feb594943a85825eb (MD5) Previous issue date: 2015-02-03 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Soil water content has an important role for agricultural practices, influencing water movement and storage within the soil. In semiarid regions, knowledge concerning soil water content holds great relevance, mainly due to precipitation’s high spatial-temporal variability and high evapotranspiration indices, bringing about soil water deficit. The aim of this study was to evaluate spatial and temporal stability of soil water content under different cover crop conditions and soil types, in order to identify a representative point for soil water content readings. Additionally, it was evaluated the use of infrared thermography as a tool to estimate non-saturated hydraulic conductivity at a representative watershed, located in Pesqueira, in the semiarid region of Pernambuco. A grid of points for soil water content measurement was monitored, using a capacitive probe. In the first chapter, the soil water content data was evaluated on a hillslope with six measuring points, under natural vegetation and pasture with the same type of soil (Red Yellow Ultisol). According to temporal stability concept, the technique for relative mean differences and standard deviations was applied in order to investigate the point, which is capable of representing the mean temporal behavior of the other measuring points, and the correlation among soil water content points. In the second chapter, temporal variation patterns were analyzed for seventeen soil water content points distributed along the watershed, under two different soil types: Yellow Ulitsol and Regolithic Entisol, and two cover crop conditions, being used the mean relative differences technique and correlation among points in order to validate if the stable point would be the same found for the hill experiment. In the third chapter, published in the Quantitative Infrared Thermography Journal, v.11, 2:2014, p.161-169, infrared thermography technique was used to estimate soil hydraulic conductivity. The study was performed in a laboratory of the Coimbra University, using a slope soil channel and three types of soil and a thermographic video camera to record the images. Estimated hydraulic conductivity data with the infrared thermography technique were correlated to the values obtained with the aid of a constant-head permeameter, by statistical indices and regression analysis. For the fourth chapter, the thermography technique was used under field condition to estimate non-saturated hydraulic conductivity, in the Mimoso watershed, for two soil types: Yellow Ultisol and Fluvic Entisol. Four different hydraulic heads were applied to soil surface, with three replications and seven tests for each soil type under different initial conditions of soil temperature and thermal records using a thermographic camera. Thermal records were correlated to non-saturated soil hydraulic conductivity, which presented high correlations. Water content dynamics technique allowed the identification of a point of stability in the watershed. Thermal records enabled the distinction between the studied soil types, when subjected to different hydraulic heads, being related with the respective non-saturated hydraulic conductivities. It was verified that the thermography is an innovative technique capable of estimating non-saturated hydraulic conductivity, enabling the mapping of soil surface conditions. / A umidade do solo tem grande importância para as atividades agrícolas, influenciando o movimento da água no solo e no seu armazenamento. Em regiões de clima semiárido, o conhecimento da umidade no solo tem grande relevância, principalmente por causa da grande variabilidade espacial e temporal da precipitação e dos altos índices de evapotranspiração, provocando déficit de umidade no solo. O objetivo desse estudo foi avaliar a estabilidade temporal e espacial da umidade do solo sob diferentes condições de cobertura vegetal e tipos de solo a fim de identificar um ponto que representativo para leitura da umidade e a aplicação da termografia por infravermelho, para estimativa da condutividade hidráulica não saturada do solo em uma bacia hidrográfica representativa, localizada na região de Pesqueira, semiárido pernambucano. Foi monitorada uma rede de pontos de medição de umidade, utilizando uma sonda capacitiva. No primeiro capítulo, os dados de umidade foram avaliados em uma encosta com seis pontos de monitoramento, com cobertura de vegetação natural e pastagem paro o mesmo tipo de solo um Argissolo Vermelho Amarelo. De acordo com o conceito de estabilidade temporal, foi aplicada a técnica de diferenças relativas médias e desvios padrão, para investigar o ponto que fosse capaz de representar o comportamento temporal da média dos demais locais de monitoramento, e a correlação entre os pontos de umidade. No segundo capítulo analisaram-se os padrões de variação temporal em dezessete pontos monitorados de umidade distribuídos em escala de bacia, avaliados para dois tipos de solo: Argissolo Amarelo e Neossolo Regolítico, com duas condições de cobertura do solo, sendo aplicada a técnica de diferenças relativas médias e correlação desses pontos, validam-se o ponto estável seria o mesmo encontrado para encosta. No terceiro capítulo, publicado na revista Quantitative Infrared Thermography Journal, v.11, 2:2014, p.161-169, foi utilizada a técnica da termografia de infravermelho para estimativa da condutividade hidráulica do solo. O estudo foi realizado em laboratório na Universidade de Coimbra, utilizando um canal de terra com declividade e três tipos de solo e uma câmera de vídeo termográfica para registros das imagens. Os dados de condutividade hidráulica estimados com a técnica da termografia infravermelha foram correlacionados com os valores medidos obtidos com um permeâmetro de carga constante, por meio de índices estatísticos e análises de regressão. Para o quarto capítulo, a técnica da termografia foi utilizada em campo para estimativa da condutividade hidráulica não saturada, na bacia do Mimoso para dois tipos de solo, Argissolo Amarelo e o Neossolo Flúvico. Foram aplicadas no solo quatro cargas hidráulicas distintas na superfície do solo, com três repetições e sete ensaios em cada solo em diferentes condições iniciais de temperatura do solo e registros térmicos utilizando uma câmera termográfica. Os registros térmicos foram correlacionados com a condutividade hidráulica não saturada do solo onde apresentaram correlações elevadas. A técnica da dinâmica da umidade permitiu identificar um ponto de estabilidade na bacia. Os registros térmicos permitiram distinção no solo estudado, quando submetidos a diferentes cargas hidráulicas, estando correlacionados com as respectivas condutividades hidráulicas não saturadas. Verificou-se que termografia é uma técnica inovadora capaz de estimar características da condutividade hidráulica não saturada, possibilitando mapeamento das condições de superfície do solo.

Submitted by Erika Demachki (erikademachki@gmail.com) on 2017-05-29T17:22:24Z No. of bitstreams: 2 Tese - Harley Fernandes Rodrigues - 2017.pdf: 14917308 bytes, checksum: 98bd396b4a6b5e7839b6b8ff0fd12102 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-05-30T10:44:17Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Tese - Harley Fernandes Rodrigues - 2017.pdf: 14917308 bytes, checksum: 98bd396b4a6b5e7839b6b8ff0fd12102 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-30T10:44:17Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Tese - Harley Fernandes Rodrigues - 2017.pdf: 14917308 bytes, checksum: 98bd396b4a6b5e7839b6b8ff0fd12102 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2017-04-19 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Goiás - FAPEG / In this thesis a methodology of real-time monitoring of magnetic hyperthermia (HM) in vivo was developed in the murine tumor model Sarcoma 180 using infrared thermography technique. Magnetic nanoparticles (NPM) consisted of Mn ferrites capable of generating heat at low magnetic field amplitude at the 300 kHz frequency within the safety limit determined by Atkinson. It has been shown that the apparent surface temperature value measured with the infrared camera underestimates the real skin temperature value of the mice if the camera objective does not form an angle 0 ° with the normal direction to the animal's skin in the region of interest on the tumor, with the error reaching more than 7.0 ° C (for 60 °). A new theoretical model to estimate the error in the temperature of curved surfaces was developed and proved valid even in the case where the surface temperature diverges significantly from the environment. Preclinical treatment results indicated a complete remission condition in animal that was submitted to 150 min of hyperthermia and other cases with partial remission, suggesting that biological response analyzes need to be done in a long time (> 60 days). Measurements of the intratumoral temperature monitored by three fiber-optic thermometers during the therapeutic procedure of HM with NPM indicated an inhomogeneous heat delivery within the tumor. Additionally, a new methodology for calculating the thermal dose (CEM43) evaluated at the surface, considering each pixel of the thermographic image as a thermometer in the tumor region, indicated that the value T10(t) of the temperature detected in vivo at the surface of the skin over subcutaneous tumors can report, with an error of the order of 5%, the mean intratumoral temperature value during the therapeutic procedure of HM. / Nesta tese foi desenvolvida uma metodologia de monitoramento em tempo real da hipertermia magnética (HM) in vivo no modelo tumoral murino Sarcoma 180 utilizando a técnica de termografia por infravermelho. As nanopartículas magnéticas (NPM) consistiam de ferritas de Mn capazes de gerar calor em baixa amplitude de campo magnético, na frequência de 300 kHz, dentro do limite de segurança determinado por Atkinson. Foi demonstrado que o valor da temperatura superficial aparente medido com a câmera de infravermelho subestima o valor da temperatura real da pele dos camundongos se a objetiva da câmera não formar um ângulo 0° com a direção normal à pele do animal na região de interesse sobre o tumor, podendo o erro chegar a mais do que 7,0 °C (para 60°). Um novo modelo teórico para estimar o erro na temperatura de superfícies curvas foi desenvolvido e se mostrou válido inclusive para o caso em que a temperatura superficial diverge significativamente da ambiente. Resultados pré-clínicos do tratamento indicaram uma situação de remissão completa em animal que passou por 150 min de hipertermia e outros casos com remissão parcial, sugerindo que análises de resposta biológica precisam ser feitas em longo tempo (> 60 dias). Medidas da temperatura intratumoral monitorada por três termômetros de fibra-óptica durante o procedimento terapêutico de HM com NPM indicaram uma entrega de calor não homogênea dentro do tumor. Adicionalmente, uma nova metodologia para o cálculo da dose térmica (CEM43) avaliada na superfície, considerando cada pixel da imagem termográfica como um termômetro na região do tumor, indicou que o valor de T10(t) da temperatura detectada in vivo na superfície da pele sobre tumores subcutâneos pode informar, com um erro da ordem de 5%, o valor da temperatura média intratumoral durante o procedimento terapêutico de HM.

Image based modeling using visual images has undergone major development during the earlier parts of the 21th century. In this thesis a system for automated uncalibrated scene reconstruction using infrared images is implemented and tested. An automated reconstruction system could serve to simplify thermal inspection or as a demonstration tool. Thermal images will in general have lower resolution, less contrast and less high frequency content as compared to visual images. These characteristics of infrared images further complicates feature extraction and matching, key steps in the reconstruction process. In order to remedy the complication preprocessing methods are suggested and tested as well. Infrared modeling will also impose additional demands on the reconstruction as it is of importance to maintain thermal accuracy of the images in the product. Three main results are obtained from this thesis. Firstly, it is possible to obtain camera calibration and pose as well as a sparse point cloud reconstruction from an infrared image sequence using the suggested implementation. Secondly, correlation of thermal measurements from the images used to reconstruct three dimensional coordinates is presented and analyzed. Lastly, from the preprocessing evaluation it is concluded that the tested methods are not suitable. The methods will increase computational cost while improvements in the model are not proportional. / Bildbaserad modellering med visuella bilder har genomgått en stor utveckling under de tidigare delarna av 2000-talet. Givet en sekvens bestående av vanliga tvådimensionella bilder på en scen från olika perspektiv så är målet att rekonstruera en tredimensionell modell. I denna avhandling implementeras och testas ett system för automatiserad okalibrerad scenrekonstruktion från infraröda bilder. Okalibrerad rekonstruktion refererar till det faktum att parametrar för kameran, såsom fokallängd och fokus, är okända och enbart bilder används som indata till systemet. Ett stort användingsområde för värmekameror är inspektion. Temperaturskillnader i en bild kan indikera till exempel dålig isolering eller hög friktion. Om ett automatiserat system kan skapa en tredimensionell modell av en scen så kan det bidra till att förenkla inspektion samt till att ge en bättre överblick. Värmebilder kommer generellt att ha lägre upplösning, mindre kontrast och mindre högfrekvensinnehåll jämfört med visuella bilder. Dessa egenskaper hos infraröda bilder komplicerar extraktion och matchning av punkter i bilderna vilket är viktiga steg i rekonstruktionen. För att åtgärda komplikationen förbehandlas bilderna innan rekonstruktionen, ett urval av metoder för förbehandling har testats. Rekonstruktion med värmebilder kommer också att ställa ytterligare krav på rekonstruktionen, detta eftersom det är viktigt att bibehålla termisk noggrannhet från bilderna i modellen. Tre huvudresultat erhålls från denna avhandling. För det första är det möjligt att beräkna kamerakalibrering och position såväl som en gles rekonstruktion från en infraröd bildsekvens, detta med implementationen som föreslås i denna avhandling. För det andra presenteras och analyseras korrelationen för temperaturmätningar i bilderna som används för rekonstruktionen. Slutligen så visar den testade förbehandlingen inte en förbättring av rekonstruktionen som är propotionerlig med den ökade beräkningskomplexiteten.

Résumé : Cette étude a pour objectif de mieux comprendre les mécanismes précurseurs de l'amorçage de fissures dans le cas de métaux ductiles monophasés, comme le cuivre pur, sollicités à des amplitudes de contrainte inférieures à la limite de fatigue conventionnelle et jusqu'à des nombres de cycles atteignant le domaine de la fatigue gigacyclique (Very High Cycle Fatigue, VHCF). Les essais ont été réalisés sur une machine de fatigue ultrasonique à une fréquence de sollicitation de 20 kHz. Les mécanismes précurseurs de l'amorçage des fissures se manifestent (1) sous forme de bandes de glissement qui apparaissent sur la surface de l'éprouvette et (2) par un auto-échauffement du matériau dû à la dissipation intrinsèque. Les cartographies de température de la surface des éprouvettes nous ont permis d'estimer des dissipations d'énergie moyennes et de caractériser leur évolution avec le nombre de cycles et l'amplitude de contraintes. En parallèle, l'évolution du relief de la surface, initialement lisse et sans contrainte résiduelle, a été analysée à partir d'observations en microcopie optique, électronique à balayage et à force atomique. Nous avons établi que l'amplitude de contrainte nécessaire pour faire apparaître les premières bandes décroit en fonction du nombre de cycles. Des analyses EBSD, couplées à des calculs éléments finis intégrant l'anisotropie élastique des grains, ont révélé le rôle clé (1) des joints de macles et (2) du glissement dévié dans l'amorçage de bandes de glissement intenses.Mots clés : Fatigue gigacyclique, Bandes de glissement, Microplasticité cyclique, Dissipation, Anisotropie élastique, Simulation multicristalline, Thermographique infrarouge. / Abstract : This work aims to better understanding mechanisms leading to crack initiation in ductile single phase metals such as pure copper, loaded stress amplitudes lower than the conventional fatigue threshold and after about 109 cycles, the so-called Very High Cycle Fatigue regime. Tests were conducted using an ultrasonic technique at loafing frequency of 20 kHz. The mechanisms leading to crack initiation express (1) via slip bands at the specimen surface and (2) via self-heating due to intrinsic dissipation. Thermal maps were used to estimate the mean dissipation and its change with number of cycles and stress amplitudes. At the same time, the surface relief changes were characterized using optical, scanning electronic and atomic force microscopes. The stress amplitude required to observe the slip bands was found to decrease as a function of number of cycles. EBSD investigations combined with finites elements simulations accounting for elastic anisotropy of copper revealed the key role of (1) twin boundaries and (2) cross slip in slip band initiation.Keywords : Very High Cycle Fatigue, Slip bands, Cyclic microplasticity, Dissipation, Elastic anisotropy, Multicrystals simulation, Infrared thermography.

Ce mémoire aborde la question de la production d’observables intrinsèques au comportement thermomécanique des matériaux pour mieux en formuler les lois d’états. Ces observables sont les sources de chaleur thermomécaniques, activées par sollicitation mécanique. Ces sources peuvent être reconstruites dans l’espace et le temps par inversion de mesures de champs de température obtenus par thermographie IR. Nous présentons essentiellement deux méthodes développées lors de ce travail de thèse qui reposent sur des approches spectrales réduites (dont la décomposition sur Modes de Branche) et des inversions séquentielles (méthode de Beck) ou itératives (Gradient Conjugué). Concernant cette dernière, nous proposons d’y adjoindre une régularisation efficace en s’inspirant de techniques de filtrage par TSVD. S’agissant de matériaux sujets aux instabilités plastiques (PolyEthylène Haute Densité) pour lesquels les vitesses locales peuvent être non négligeables, l’inversion des mesures en température nécessite que l’on considère un opérateur d’advection-diffusion, qui impose alors l’apport d’une connaissance supplémentaire : le champ de vitesses locales. Celui-ci est mesuré par corrélation d’images 3D et nous détaillons le travail expérimental mené ainsi que les résultats obtenus sur des essais de traction pilotés par vidéo-extensométrie. Nous montrons que pour des essais quasi-statiques à vitesses relativement élevées, les effets d’advection sont généralement négligeables. Nous montrons également en quoi la richesse des informations thermomécaniques (Sources) et cinématiques (Taux de déformation, vitesses) permet de mieux comprendre la dynamique de l’instabilité plastique. Enfin nous critiquons les résultats obtenus sur la reconstruction de source par confrontation des deux algorithmes développés et par une analyse physique des phénomènes observés / This work concerns the way intrinsic observables can be produced, which are related to the thermomechanical behavior of materials and necessary for better formulation of state laws. These observables are Thermomechanical Heat Sources (THS) which are activated through mechanical excitation. These sources can be reconstructed both in space and time by the inversion of measured temperature fields obtained through IR thermography. We develop two main methods in this work which rely on spectral reduced approaches (one of them being the decomposition on Branch Modes) and both on a sequential inversion (Beck’s method) and an iterative one (Conjugated Gradient). Regarding the latter, we suggest to combine the standard approach with an efficient regularization method which comes from the filtering techniques based on TSVD. As we are concerned with materials which can be subjected to plastic instabilities (High Density PolyEthylene) for which local velocities of matter displacement can be non negligible, the inversion of the measurements must be performed with the advection-diffusion operator of heat transfer. It is then necessary to obtained additional knowledge: the velocity field. This one is measured by 3D Digital Image Correlation and we detail the experimental work we have carried out, which are based on tensile tests monitored with video-extensometry. We show that for quasi-static tests at relatively high strain rates, the advective effects are generally negligible. We also show the richness of the information brought by this dual thermomechanical (heat sources) and kinematical (strain-rates, velocities) information. It allows for a better understanding of the plastic instability (necking) dynamics. Lastly, we criticize the obtained results on THS reconstruction by the confrontation between the two algorithms and by a physical analysis of the observed phenomena

Ces travaux traitent de l'utilisation de la thermographie infrarouge dans le cadre du contrôle non destructif des ouvrages de génie civil.Une première partie, traite de l’étude des paramètres influençant la mesure in situ, de la capacité de la technique à détecter la variation de propriétés intrinsèques au matériau, et de la détection de délaminations. Les résultats présentés sont issus de mesures expérimentales appuyées par une approche numérique aux éléments finis. Dans un premier temps, une étude sur la capacité de la thermographie infrarouge à détecter des variations de porosité ou de teneur en eau a été réalisée. Dans un second temps, des travaux sont menés sur la détermination des seuils de détection des délaminations en fonction des conditions d’exposition. Ils ont montré un seuil de détection correspondant à un rapport de 2, entre l’extension latérale du défaut et sa profondeur, pour un ensoleillement direct, et à un rapport de 3,3 pour un ouvrage soumis uniquement aux variations de température de l’air. La réalisation d’un suivi temporel combiné à l’étude de l’évolution des gradients temporels de température permet d’améliorer ces seuils de détection. Enfin, une étude originale sur le pontage présent au niveau des délaminations, a montré la prédominance de l’influence de celui‐ci sur la profondeur des délaminations.Une deuxième partie porte sur les travaux réalisés dans le cadre du projet ANR‐SENSO. Ils traitent de la combinaison des résultats issus de différentes techniques de CND dans le cadre plus large de l'amélioration des diagnostics pour la gestion du patrimoine. / This thesis focuses on the use of infrared thermography as a tool for non destructive testing ofbuildings. Mainly, the application is on civil engineering projects.The first part includes identifying the parameters that can affect this in situ technique. Thisparticularly deals with the infrared thermography capacity to detect intrinsic property variations, anddelamination detection. Combination of experiments on concrete slabs and numerical simulationsare used. In a first step, a study on the capacity of thermography to detect porosity and watercontent variation was conducted. In a second step a study on the thresholds for detectingdelaminations based on exposure conditions is carried out. As an outcome, the threshold that hasbeen detected corresponds to a ratio of 2 between the lateral extension of the defect and its depthto direct sunlight; while a ratio of 3,3 if it is exposed to air temperature variations. This studysuggests that a time monitoring combined with the study of the evolution of temporal temperaturegradients can improve the detection limits. Finally, an original study showed the predominance ofthe influence of bridging on the depth of delamination.The second part tackles the works carried out during the ANR project SENSO. Results fromdifferent non destructive tools were coupled for the purpose of improving diagnosis in the assetmanagement.

Les travaux que nous avons menés concernent la modélisation de l’interaction laser-matière couplée à de la thermographie infrarouge, pour la détection de défauts débouchants et sous-jacents dans des matériaux métalliques. A terme, ce procédé de thermographie se veut être une alternative possible à la magnétoscopie et au ressuage dans le domaine des contrôles non destructifs. Ces travaux se sont déroulés en trois phases. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés à la caractérisation des propriétés optiques et thermophysiques des matériaux, pour alimenter le modèle de simulation numérique mais également pour les besoins des mesures de validation du modèle numérique. La deuxième partie de l’étude a permis la mise en place d’un modèle de simulation numérique représentatif de la réalité avec une approche en deux étapes : une première consistant à calculer des champs de températures éléments finis et une seconde à modéliser la caméra de thermographie infrarouge représentatif de celle utilisée dans le projet. Des solutions innovantes ont été utilisées pour obtenir un modèle qui intègre tous les paramètres, avec des temps de calculs faibles. Ce modèle a été ensuite validé par des mesures comparatives des champs de températures numériques et expérimentaux. Enfin, nous nous sommes appuyés sur ce modèle pour rechercher les paramètres optimaux de ce procédé, grâce à la méthode des plans d’expériences numériques. / The aim of this work is the detection of open and subjacent defects in metallic materials using laser-material interaction coupled with infrared thermography. This process is a possible alternative for magnetic particles testing and dye penetrant testing in the field of non-destructive testing. This work is divided into three main parties. At first, we have been interested in the characterization of optical and thermophysical properties of materials we used, in order to have good boundary conditions and also for the needs of temperatures fields measurements for validation. The second part concern the development of a numerical simulation model with two step approach: the first involves modelling temperature field with finite element method and the second details the infrared camera modelling. Innovative solutions were used to obtain model which integrates all parameters, with low time calculation. After validated temperature field, this model allows us to look for the process optimal parameters through numerical experimental designs.

Les critères de localisation et d’endommagement sont généralement basés sur un cadre dissipatif et ce travail s’intéresse aux couplages thermomécaniques accompagnant les micromécanismes de déformation. Il repose en partie sur des données expérimentales obtenues précédemment dans le laboratoire par Bodelot pour un polycristal d’acier A316L. Ce travail tire profit d'une combinaison de techniques différentes, en particulier de mesures in situ de champs cinématiques et thermiques ainsi que de l’Orientation Imaging Microscopy, de la profilométrie et d’une micrographie de surface. Différents outils ont été développés afin (1) d'identifier automatiquement les systèmes de glissement activés, (2) d’estimer l’émissivité de la surface permettant ainsi une détermination des champs thermiques avec une précision de 30 mK, (3) de projeter les champs bruts expérimentaux sur la microstructure et (4) de permettre la modélisation du polycristal et de ses conditions aux limites thermomécaniques réelles dans un cadre de plasticité cristalline dans le code EF Abaqus. Il a notamment été montré que les variations de température fournissent une estimation précise et aisée de la limite d'élasticité macroscopique ainsi que la détermination de la contrainte de cisaillement critique à l'échelle granulaire. En outre, les mesures cinématiques ont permis l'identification des systèmes de glissement activés. Des bilans énergétiques expérimentaux et numériques ont été réalisés et une grande influence de l'hétérogénéité polycristalline sur les mécanismes de stockage d’énergie a été soulignée. Les méthodes proposées contribueront à améliorer les critères d’endommagement basés sur un cadre dissipatif / Strain localization and damage criteria of materials and structures are commonly based on a dissipative framework and this work investigates the thermomechanical couplings accompanying the deformation micromechanisms. It is partly based on experimental data obtained previously in the laboratory by Bodelot for a A316L austenitic stainless steel polycrystal. This work takes profit of a multi-technique approach combining, in particular, in-situ kinematic and thermal fields measurements as well as Orientation Imaging Microscopy, profilometry and surface micrography. Different tools have been developed (1) to automatically identify the activated slip systems directly from the surface micrography, (2) to approach the surface emissivity field allowing an accurate determination of the thermal fields with a 30 mK precision, (3) to project raw experimental fields on the microstructure and (4) to allow the modeling of the polycrystal aggregate and its real thermomechanical boundary conditions by using a crystal plasticity framework within the Abaqus FE code. It has notably been shown that the temperature variations provides an easy and accurate estimation of the macroscopic yield stress at the specimen scale as well as the determination of the Critical Resolved Shear Stress at the intragranular scale. In addition, the local kinematic measurements allow the in-situ identification of the activated slip systems. Experimental and numerical energy balances have been conducted and a great influence of the polycrystalline heterogeneity on the energy storage mechanism has been underlined. The proposed methods would help improving physical based dissipative criteria for damage analysis

L'objectif de cette thèse est de mener une caractérisation expérimentale complète du comportement mécanique et thermomécanique d'un polyuréthane thermoplastique compact et sous forme moussée, utilisé dans la fabrication de pièces antivibratoires dans l'industrie automobile. Cette caractérisation est effectuée en s'appuyant sur des techniques d'imagerie quantitative, la thermographie infrarouge en particulier. D'un point de vue mécanique, la dépendance des différents phénomènes - effet Mullins, hystérésis mécanique, déformation résiduelle et variation de volume - à la densité initiale et à la vitesse de chargement a été établie. Sur le plan thermique et calorimétrique, la signature de ces différents phénomènes a été caractérisée et les bilans énergétiques menés ont permis d'estimer la dissipation mécanique en fonction des conditions d'essais et de la densité initiale du matériau. Les résultats de ces travaux constituent une base de données expérimentale pour l'identification de paramètres constitutifs et l'enrichissement de lois de comportement. / This PhD thesis deals with the full mechanical and thermomechanical characterization of thermoplastic polyurethane, in its compact and foam states, dedicated to antivibratory systems for automotive. This characterization has been carried out by using quantitative imaging techniques, especially infrared thermography. From a mechanical point of view, the dependency of the different phenomena involved in the material deformation - Mullins effect, mechanical hysteresis, residual deformation and volume change - on the initial density and loading rate has been established. The thermal and calorimetric signature of these phenomena has been characterized and the mechanical dissipation was estimated from energy balances. The results obtained provide an experimental database for the identification of constitutive parameters and the enrichment of behavior laws.

L'objectif de la thèse est d'analyser le comportement mécanique de matériaux granulaires composites bidimensionels en terme de textures granulaires en utilisant deux approches : étude expérimentale par "thermoelastic stress analysis" et étude numérique par dynamique moléculaire. Les systèmes granulaires composites sont préparés à l'aide de cylindres en polyoxyméthylène (POM) et polyéthylène haute densité (PEHD), présentant un rapport de rigidité de 4 entre eux. Différents rapports de diamètres et de nombres de particules sont considérés. Les résultats expérimentaux et numériques sont en bon accord à l'échelle macroscopique. En particulier, le réseau fort (qui est ici caractérisé par des contraintes hydrostatiques supérieures à la valeur moyenne) contient moins de 50% des particules, et présente une distribution décroissance exponentielle quel que soit le type de particules considéré pour l'analyse (particules souples, particules rigides, toutes les particules). De plus, la distribution des contacts entre particules rigides (contacts POM-POM) est anisotrope et tend à s'organiser dans le sens de la direction du chargement extérieur appliqué, tandis que les autres types de contact agissent principalement pour maintenir le système en équilibre. / The main objective of our dissertation is to analyze the mechanical behavior of two-dimensional composite granular materials through the granular textures. Thermoelatic stress analysis experiments and molecular dynamics simulations are used for this purpose. The composite granular systems are prepared from polyoxymethylene (POM) and high-density polyethylene (HDPE) cylinders with a stiffness ratio of about 4 between them. Different configurations in terms of ratios of diameter size and ratio of particle numbers are systematically investigated. Experimental and numerical results are good correlated at the macroscopic scale. In particular the strong network, which is here characterized by hydrostatic stresses higher than the mean value, consists of less than 50% of all particles, and exhibits an exponential decay whatever the type of particles considered for the analysis (soft, stiff, or both types). In addition, the contact distributions between stiff particles (POM-POM contacts) is anisotropic with an effort to arrange parallel to the direction of the external applied load, whereas the other types of contacts just act to sustain the granular system in equilibrium.