The asymmetrical arrangement of cellular structure allows for an accurate functional adaptation at all levels of hierarchy, which derives excellent features for the development of new materials. The main objective of introducing a hierarchy into cellular structures is to improve the mechanical behaviour of the material while maintaining its elastic properties. A part of this work is devoted to the literature review related to the lightened cellular polymeric materials with hierarchical cellular structure. The rest is focused on the preparation of PLA based polymer structures using 3D printing, followed by a saturation in CO2 and a foaming in a silicon oil at elevated temperature. Samples were prepared from natural and white PLA filaments. Based on a series of experiments, optimal conditions for the saturation and foaming process were identified. Through 3D printing and foaming, a one-, two- and three-level hierarchy was introduced into the beam-shaped samples and the effect of the internal cell arrangement on the strain response of the material was examined by the means of a mechanical three-point bending test. Increasing the level of the hierarchy led to an increase in material resistance, which resulted in high values of strength and strain energy (toughness) based on the samples density. The best results were achieved by samples with “sandwich” structure with three levels of hierarchy and 30% filling. Despite the shorter plateau, there was a significant increase in strength and strain energy compared to gradient structures. At the same time, the contribution of the polymer structures prepared in this field of research was demonstrated by comparison with the theoretical model.

Ce travail concerne l’étude du renforcement de structures en pierres par matériaux composites. Deux techniques de renforcement sont utilisées. L’un s’agit de renforcement par matrice cimentaire renforcé avec de textile de fibre de verre TRC. L’autre est renforcement par barres de fibre de verre de FRP suivant la technique de NSM (near-surface mounted). La première phase consiste en la caractérisation des matériaux et l’analyse des comportements mécaniques en compression en cisaillement et en traction de petits éléments de maçonnerie composées d’un assemblage de pierre et mortier bâtard. Les valeurs caractéristiques du comportement mécanique de la maçonnerie sont comparées avec les différents modèles dans la littérature qui calculent les paramètres caractéristiques avec une bonne approximation avec les résultats expérimentales. En plus, le comportement de matériaux de renforcement sont testés en traction ainsi que le comportement de l’adhésion entre le renfort et la maçonnerie est étudié. La deuxième phase se concentre sur le renforcement de murs de maçonnerie soumis sur deux types de chargement. L’un s’agit de cisaillement dans le plan des murs effectué avec l’essai de compression diagonale. Le deuxième représente des charges de flexion à 3 points hors plan des murs accompagné par des forces de compression axiale qui provoque une contrainte de compression de 0.2 MPa. L’essai de cisaillement s’est réalisé sur des murs carrés de cinq rangées de pierres avec mortier. Le renforcement par deux barres verticales de NSM FRP améliore significativement la ductilité et le module de cisaillement des murs, ainsi que le renforcement avec deux couches orthogonales de TRC améliore la résistance au cisaillement. Enfin l’application de modèles analytiques a permet de comparer les résultats expérimentaux aux résultats donnés avec les modèles. En plus, l’essai de flexion à 3 points est effectué sur des murs composés de douze rangées de pierres avec mortier. Le renforcement avec deux barres verticales et deux barres transversales a plus augmenté la rigidité élastique. En revanche, le renforcement avec TRC composé d’une seule couche de textile accompagné avec une barre verticale de FRP n’augmente pas la résistance de mur par rapport à la résistance du mur renforcé avec une seule couche de textile ou avec une barre verticale seule / This work concerns the study of the reinforcement of stone structures with composite materials. Two reinforcing techniques are used. One is reinforcement by cement matrix reinforced with textile TRC of glass fiber. The other is by reinforcing FRP fiberglass rods according to NSM technique (near-surface mounted). The first phase consists of materials characterization and analysis of mechanical behavior in compression shear and tensile of small masonry specimens made of stone and mortar. The characteristic values of the mechanical behavior of the masonry are compared with the different models in the literature which calculate the characteristic parameters and give a good approximation with the experimental results. In addition, the behavior of reinforced materials is tested in tension and the behavior of the adhesion between the reinforcement and the masonry is studied. The second phase focuses on strengthening masonry walls subjected to two types of loading. One is in-plane shear of walls made with the diagonal compression test. Represents the second bending loads to 3 points out of plane walls accompanied by axial compression forces which cause a compressive stress of 0.2 MPa. The shear test was performed on square walls of five rows of stones with mortar. Strengthening by two vertical bars NSM FRP significantly improves the ductility and shear modulus of the walls and the reinforcement with two orthogonal layers TRC improves shear strength. Finally the application of analytical models used to compare the experimental results with the results given by the models. In addition, the bending test with 3-point is carried out on walls composed of twelve rows of stones with mortar. The reinforcement with two vertical bars and two crossbars increased more elastic stiffness. However, the reinforcement with TRC composed of a single layer of textile accompanied with a vertical bar FRP does not increase the resistance of the wall relative to the resistance of the reinforced wall with a single layer of textile or with a simple vertical bar

Cette thèse porte sur le développement d’un essai mécanique pour la caractérisation de l’adhérence d’une colle à un substrat. L’enjeu est d’étudier les différentes méthodes de la caractérisation de l’adhérence dans les assemblages collés et de pouvoir modéliser le comportement associé. La première partie de la thèse consiste en une étude bibliographique des essais mécaniques permettant de caractériser l’adhérence. Ceux-ci sont classés en distinguant les essais en propagation et ceux en initiation de rupture. Cet état de l’art fait ressortir l’intérêt de l’utilisation de l’essai de flexion 3 points et de butt joint pour cette étude. La seconde partie de la thèse présente les différents matériaux utilisés et les différents traitements de surface permettant de faire varier l’adhésion des adhésifs au substrat. La troisième partie présente le cœur de ces travaux de thèse qui est l’essai de flexion 3 points. L’étude montre que cet essai de flexion 3 points permet, avec les adhésifs de l’étude, d’initier systématiquement une rupture adhésive localisable à la surface du substrat. Une approche énergétique a permis de déterminer un critère d’adhérence indépendant des paramètres physiques des matériaux et des dimensions de l’éprouvette. D’autre part, il a été montré que plus l’épaisseur du substrat est fine, plus les résultats de mesure de l’adhérence sont précis. Enfin, une quatrième partie s’attèle à la modélisation numérique par la méthode des éléments finis. Les résultats obtenus montrent que la contrainte d’ouverture en mode I est celle qui initie la rupture. En conclusion, l’essai de flexion 3 points permet de mesurer l’énergie d’initiation de rupture adhésive. / This thesis deals with the development of a mechanical test for the characterization of the practical adhesion of an adhesive to a substrate. The aim is to study the different methods of characterization of the adhesive strength in bonded joints and to model the associated behaviour. The first part of the thesis consists of a bibliographic study of the mechanical tests to characterize this adhesive strength. These tests are classified by distinguishing them in propagation or in initiation of rupture. This state of the art demonstrates the advantage of using the 3-point bending and the butt joint tests for this study. The second part of the thesis presents the different materials and the various surface treatments used to vary the adhesion of adhesives to the substrate. The third part presents the core of this thesis work which is the 3-point bending test. The study shows that this 3-point bending test leads systematically to initiate a localizable adhesive rupture on the surface of the substrate, at least for the adhesives used in our study. An energy approach of the test allows to determine an adhesion criterion independent of the physical parameters of the materials and dimensions of the specimen. On the other hand, it has been shown that the thinner the substrate, the more precise the results of the adhesive strength. Finally, a fourth part is devoted to numerical modelling by the finite element method. The results obtained show that opening constraint in mode I is that which controls the rupture. In conclusion, the 3-point bending test clearly allows to measure the energy of the adhesive rupture initiation.

Disertační práce se zabývala vlivem adheze mezi vláknovým (FRC) a částicovým (PFC) kompozitem a složením obou komponent na mechanické vlastnosti a způsob porušování modelových bi-materiálových kompozitních těles při statickém namáhání. Zkoumán byl také vliv způsobu přípravy bi-materiálového kompozitního tělesa na pevnost adheze mezi jeho kompozitními komponentami. K hodnocení mechanických vlastností bi-materiálových PFC/FRC těles byl použit jak 3 tak 4-bodový ohybový test za pokojové teploty a relativní vlhkosti 70%. Modifikovaný vytrhávací test byl použit k měření smykové pevnosti adheze mezi vláknovým a částicovým kompozitem. Tyto výsledky byly korelovány s výsledky ze strukturní a fraktografické analýzy (TGA, SEM). Experimentální data byla poté analyzována pomocí existujících mikromechanických modelů a byl nalezen vztah mezi tuhostí modelových bi-materiálových těles, složením a geometrií uspořádání jejich komponent a pevností adheze mezi těmito komponentami. Na základě těchto výsledků byl navržen optimální způsob vrstvení a přípravy PFC/FRC bimateriálových těles. Navržené postupy byly použity k přípravě a pre-klinickým testům nosných konstrukcí zubních můstků.