Le chapitre 9 de L'Eurocode 3 est le moyen le plus utilisé par les ingénieurs pour prédire la durée de vie des joints soudés, mais ce code ne donne qu'une seule courbe de résistance en fatigue pour chaque type de joint soudé, quel que soit l'acier utilisé. La résistance à la fatigue des assemblages soudés est particulièrement sensible à la géométrie du cordon déposé, ainsi qu'aux champs de contraintes introduits, soit par le procédé de soudage, soit par les défauts microscopiques inclus dans le soudage. Nous avons donc besoin d'une méthode locale telle la méthode volumétrique, qui a donné de bons résultats en fatigue, pour déterminer la contrainte effective dans la zone plastifiée à côté du cordon de soudure. Une étude numérique est réalisée sur un caisson soudé. La distribution et le gradient de contrainte permettent de calculer la contrainte effective. Les résultats numériques, comparés aux résultats expérimentaux, ont validé la méthode volumétrique sur ce type de structures soudées / The Chapter 9 of Eurocode 3 is one of the most widely adapted codes for fatigue life prediction of welded joints, the drawback of this code being the single curve fatigue strength for each type of welded joint produced regardless of the type of steel used. The fatigue strength of welded joints is particularly sensitive to the geometry of the weld bead and the stress fields which could potentially be introduced by the welding process or by other microscopic defects introduced by the welding. In this study the volumetric method, which has proven its validity in the study of fatigue, has been used to determine the effective stress in the plastic zone near the weld bead. Numerical simulations have been performed on a welded box to determine the stress distribution and gradient which would allow proper calculation of the effective stress. Both numerical simulations and experimental results support the validity of the volumetric method for such type of welded structures

Nous nous sommes intéressés à l'auto-enroulement de films de polydimethylsiloxane (PDMS) oxydés dans des vapeurs de solvant. Brièvement, des films minces de PDMS sont obtenus par enduction sous centrifugation. Ces films sont ensuite exposés à un plasma d'oxygène, ce qui a pour conséquence d'oxyder et de rigidifier leurs surfaces. Lorsque ces systèmes sont exposés à certains solvants en phase gazeuse, le PDMS non-oxydé gonfle. Cela mène à l'auto-enroulement des films et donc à la formation de capillaires. Ce mécanisme est intéressant pour la fabrication de canaux microfluidiques car ce qui deviendra la surface interne desdits canaux peut-être caractérisé et fonctionalisé avant l'enroulement.Dans un premier chapitre, différents aspects de l'auto-enroulement sont passés en revue théoriquement et numériquement.Un second chapitre expérimental est dédié à l'étude de la couche oxydée par nano-indentation AFM. Les propriétés mécaniques du système composite (couche dur sur substrat mou) sont mesurées et interprétées au moyen d'un nouveau modèle pour extraire notamment l'épaisseur du film oxydé.Dans un troisième chapitre, l'auto-enroulement des tubes lui-même est étudié. Le diamètre interne des capillaires obtenus en fonction de paramètres expérimentaux est examiné et confronté à la théorie. Plusieurs démonstrations de principe de tube avec une surface interne fonctionnalisée sont fournies.Enfin, pour répondre à des problématiques d'intégration des systèmes dans une structure microfluidique plus complexe, une méthode innovante est proposée dans un quatrième et dernier chapitre. Basée sur l'impression jet d'encre de moules sacrificiels, la méthode est d'abord mise en place expérimentalement. De nombreuses démonstrations de principe du vaste potentiel de cette idée sont ensuites proposées. / The guideline of this work is the spontaneous rolling of oxidized polydimethylsiloxane (PDMS) thin films in organic solvant vapors. Briefly, thin films of PDMS are produced by spin coating. Those films are then exposed to oxygen plasma which oxidizes and hardens their surfaces. When those systems are immersed in appropriate solvent vapors, non oxidized PDMS selectively swells. This leads to the spontaneous rolling of the films and thus to the formation of capillaries. This mechanism is of great interest for the fabrication of microfluidic channels because what is to become the inner surface of those channels can be characterized and functionalized prior to rolling.In a first chapter, different aspects of spontaneous rolling are reviewed theoretically and numerically.A second chapter is dedicated to the investigation of the oxide layer by AFM nanoindentation. The mechanical properties of the composite system (hard layer on a soft substrate) are measured and interpreted with a new model in order to extract in particular the thickness of the oxide layer.A third chapter dwells on engineering of the rolled-up tubes. The inner diameter of the capillaries as a function of experimental parameters is measured and confronted to theory. We present tubes with various inner surface functionalizations as a proof of concept of the method.Finally, in order to solve the issue of the integration of the system in a wider structure, an innovative method is proposed in a final fourth chapter. Based on the fabrication of a sacrificial mold by inkjet printing, the method is first established and implemented. Several proof-of-concept systems are then displayed in order to demonstrate the great potential of that idea.

Le renforcement en flexion des poutres de béton armé par collage externe de matériaux composites s’est révélé être une technique efficace et pratique. Cette thèse présente une étude sur la performance à la flexion des poutres continues en béton armé avec trois travées réparées ou renforcées par collage de tissus en fibres de carbone (CFRP) ou en fibres de verre (GFRP). Le programme expérimental se compose de deux groupes. Le groupe-1 est composé de huit poutres et le groupe-2 est composé de huit poutres. Dans chaque groupe, il y a une poutre de référence, poutre non renforcée. Toutes les poutres ont la même longueur de 9m et la même section de 15x25 (cm). Les essais expérimentaux avec le chargement monotone ont été effectués à l’aide d’une presse de 1000 kN. Les paramètres étudiés sont : effet du renforcement par CFRP et GFRP, épaisseur optimale du renforcement, efficacité de la réparation des poutres endommagées par CFRP et GFRP, comportement mécanique, les modes de rupture des poutres continues en béton armé renforcées. Les essais experimentaux et des calculs par la simulation numérique ont été effectués. Cinq modes de rupture des poutres ont été observés. La résistance maximale d’une poutre peut être améliorée entre 14,8 et 33,0% dans le cas des poutres renforcées par collage de CFRP et entre 7,2 et 11,8% par collage de GFRP. Il existe d’une épaisseur optimale du renforcement dans les trois portées de la poutre. La poutre complètement endommagée peut être réparée à 100%. Le moment de flexion maximal de la poutre endommagée et réparée devient supérieur à celui de la poutre de référence. Une étude numérique, à l'aide de la méthode des éléments finis en utilisant le logiciel ABAQUS, sur les poutres continues en béton armé renforcées ont été également réalisée. / The flexural strengthening of RC beams by external bonding of composite materials has proved to be an efficient and practical technique. This thesis presents a study on the flexural performance of reinforced concrete continuous beams with three spans repaired or strengthened by bonding carbon fiber reinforced polymer (CFRP) or glass fiber reinforced polymer (GFRP). The experimental program consists of two groups. Group-1 consists of eight beams and group-2 consists of eight beams. In each group, there is a reference beam, unreinforced beam. All beams have the same length of 9m and the same section of 15x25 (cm). The experimental tests with the monotonic loading were carried out using a 1000 kN press. The parameters studied are effect of reinforcement by CFRP and GFRP, the optimum thickness of the strengthening, repair efficiency of the beams damaged by CFRP and GFRP, mechanical behavior, the rupture modes of strengthened reinforced concrete beams. Experimental tests and calculations by numerical simulation were carried out. Five modes of the breaking of the beams were observed. The maximum strength of a beam can be improved by 14.8 and 33.0% for beams reinforced by CFRP bonding and between 7.2 and 11.8% by bonding GFRP. There is an optimum thickness of the reinforcement in the three spans of the beam. The fully damaged beam can be repaired at 100%. The maximum bending moment of the damaged and repaired beam becomes greater than that of the reference beam. A numerical study, using the finite element method with the help of ABAQUS software, on strengthening the continuous concrete beams, was also carried out.

Cette thèse porte sur l'étude et le comportement mécanique et vibrationnel du verre de silice. Des méthodes de dynamique moléculaire classique sont appliquées pour modéliser le verre à l'aide d'un potentiel BKS tronqué. La validité du modèle est testée au travers de comparaisonsstructurales et dynamiques avec des expériences de diffusion de rayons X et de neutrons. L'échantillon numérique est sollicité mécaniquement, et sa réponse à la déformation (compression hydrostatique, cisaillement à volume ou à pression cnostante dans les régimes élastiques et au-delà de la limite d'élasticité) est étudiée dans le cadre de la théorie classique de l'élasticité. L'utilisation de la dynamique moléculaire nous a permis de nous orienter vers une approche microscopique via l'étude du déplacement non-affine, qui semble expliquer des comportements macroscopiques encore peu décrits dans la littérature. En particulier, l'origine de l'anomalie du module de compressibilité dans la silice a pu être reliée à un comortement micro-plastique, et la courbe de charge (limite du domaine élastique) a été obtenue. En complément aux chargements mécaniques, des études expérimentales de spectroscopie Raman sous cellule enclume diament ont été réalisées et comparées aux spectres Raman modélisés à partir de configuration de silice chargées mécaniquement. Enfin, nous avons ou discuter de la validité de la description théorique ainsi que ses limites. / This thesis discusses the mechanical and vibrationnal behaviour of silica glasses. Here, classical molecular dynamics methods are used to model a glass using asmoothed and truncated BKS potential. The model is validated through structural and dynamical comparisons with X-rays and neutrons scattering experiments. The numerical sample in mechanically loaded, and the response to a strain (hydrostatic compression, shear at constant volume or pressure in the elastic domain and beyond) is studied in the frame of the classical theroy of elasticity. The use of classical molecular dynamics gave us a microscopic approach via the non-affine displacement study, to explain some macroscopic behaviour, which is not yet developed much in literature. In particular, we illustrated the origins of the bulk modulus anomaly of silica glasses because of its micro-plastic behaviour. we also obtained the yield surface (boundary between elastic and plastic behaviour) of silica glasses. Moreover, Raman spectroscopy is performed under diamond anvil cell, and the results were compared with the Raman spectra of numerically loaded glasses. At last; we discussed the validity of theoritical description and the limitation.

L’os présente la propriété remarquable de s’adapter à son environnement et s’est forgé au cours de l’évolution des caractéristiques exceptionnelles qui fascinent les scientifiques mais aussi les ingénieurs : léger mais d’une rigidité à toute épreuve, une capacité de résistance à la fracture hors norme tout en gardant une certaine flexibilité. Ces propriétés mécaniques de l’os sont l’œuvre d’une optimisation de sa composition et d’une structure fortement hiérarchisée et organisée en multiples niveaux allant de l'échelle nanométrique à l'échelle macroscopique. L’amélioration de la prise en charge des maladies osseuses, l’optimisation des implants orthopédiques et la conception de nouveaux matériaux bio-inspirés passent par une connaissance approfondie des multiples facteurs qui déterminent les propriétés mécaniques de l’os. Dans ce travail, nous mettons l’accent sur les propriétés élastiques de l'os cortical humain à la fois aux échelles millimétrique et micrométrique. Nous avons caractérisé l’élasticité (à l’échelle mésoscopique), la composition et la microstructure de l’os cortical, à partir d’échantillons de fémur, tibia et radius prélevés sur des donneurs âgés, à l’aide d’une batterie de tests expérimentaux comportant des mesures en résonance ultrasonore spectroscopique, micro-tomographie par rayonnement synchrotron, microscopie infrarouge à transformée de Fourier et analyse biochimique. Ces mesures mettent à jour le rôle prépondérant joué par la porosité et le degré de minéralisation dans la détermination de l’élasticité et suffisent à eux seuls à en expliquer les variations. En particulier, les caractéristiques de la microstructure, comme la forme des pores, leur nombre, taille ou connectivité ne semblent pas avoir d’effets mesurables sur l’élasticité à l’échelle mésoscopique. Dans un second temps, une nouvelle approche d’homogénéisation inverse introduite dans cette thèse a permis l’estimation du tenseur des coefficients élastiques de la matrice osseuse à l’échelle microscopique. Connaissant l’élasticité de la matrice, nous avons évalué la gamme des microdéformations qui se produisent localement en réponse à des contraintes physiologiques. Les microdéformations étant à l’origine des signaux qui déclenchent la réponse des cellules mécanosensibles, ce dernier résultat devrait contribuer à une meilleure compréhension du comportement mécanique osseux au niveau microscopique. En conclusion, ce travail de thèse a permis l’obtention d’une base de données unique sur les caractéristiques élastiques de l’os cortical humain et la caractérisation des relations qui existent entre l’élasticité, la microstructure et la composition. / Bone as an important organ in human body is an extraordinary material which exhibits highly optimized properties, strong yet light weight, stiff yet flexible. Its distinct mechanical properties which fascinates not only scientists but also engineers are the results of the highly hierarchized and organized structure and the compositional properties spanning over several lengths from the nanoscale to the macroscale. Hence, a deep understanding of the parameters affecting bone mechanical behavior is necessary to better predict and treat bone diseases, improve orthopedic implants design, and engineer bio-inspired materials. In this work, a special focus is placed on human cortical bone elastic properties both at the millimeter and micrometer scales. Based on a multimodal approach (resonant ultrasound spectroscopy, synchrotron radiation micro-computed tomography, Fourier transform infrared microspectroscopy and biochemistry experiments) involving an exhaustive amount of microstructural and compositional properties, our results provide strong evidence that intra-cortical porosity and degree of mineralization are the most important determinants of bone stiffness at millimeter scale in an elderly population. Further, the other microstructure characteristics independent of porosity have non measurable effects on bone stiffness at this level. At the micrometer scale, a novel inverse homogenization approach is introduced in this work which can evaluate bone matrix anisotropic elastic properties with a good accuracy for all the stiffness constants. Based on the determined bone matrix elasticity data, we investigated the possible range of the magnitude of microstrain experienced by bone matrix. This work opens a way to better evaluate and understand bone mechanical behaviour at the micrometer level, such as the microstrain that can be sensed by osteocytes and builds the bridge to comprehensively investigate the connections between bone anisotropic properties at the millimeter and micrometer scale, and between the anisotropic microelastic properties and the characteristics at the nanometer scale.

Dans cette thèse à l’interface entre élasticité et capillarité, nous présentons tout d’abord une instabilité élastique, le claquage, revisitée dans un contexte élastocapillaire. En déposant une goutte d’eau sous une lamelle flambée en position basse, nous parvenons à déclencher une instabilité de claquage à contresens de la gravité. Cette démonstration de la prédominance des effets capillaires à petite échelle s’accompagne d’une étude des positions d’équilibre et de la stabilité de systèmes goutte-lamelle. Nous démontrons l’influence importante de la taille et de la position de la goutte le long de la lamelle, puis étendons notre étude au cas de bulles ou de gouttes condensées à partir de vapeur d’eau. Enfin, nous nous intéressons à l’aspect dynamique de l’instabilité, qui est dictée principalement par l’élasticité, y compris dans le cas élastocapillaire.Nous mettons ensuite en évidence un phénomène surprenant : la dynamique de descente d’une goutte d’eau sur un élastomère silicone présente deux régimes successifs, caractérisés par deux vitesses différentes. Nous montrons que les chaînes libres non réticulées présentes dans l’élastomère sont à l’origine de cette dynamique inattendue. La goutte est progressivement recouverte par des chaînes de silicone, et sa vitesse change brutalement lorsqu’une concentration surfacique critique est atteinte, ce qui se traduit par une transition brutale de tension de surface. Nous nous intéressons aux vitesses de gouttes dans les deux régimes ainsi qu’aux échelles de temps mises en jeu lors de l’extraction de chaînes non réticulées, et montrons que l’extraction de ces chaînes se produit au niveau de la ligne triple. / This thesis focuses on interactions between liquids and elastic solids. We first revisit the snap-through instability from an elastocapillary point of view, showing that capillary forces are able to counterbalance gravity by inducing snap-through with a droplet deposited below a downward buckled elastic strip clamped at both ends. Equilibrium, stability, and dynamics of drop-strip systems are investigated, demonstrating the influence of droplet size and droplet position along the buckled strip, and showing that capillarity is driving the system toward instability but elasticity is ruling the subsequent dynamics. Spin-off versions of the experiment are also designed, including a humidity-controlled mechanical switch and upscaled experiments using soap bubbles.We then focus on interactions between silicone elastomers and aqueous droplets to understand the mechanisms underlying an unexpected two-regime droplet dynamics observed on vertical silicone elastomer plates. After demonstrating that this two-regime dynamics is due to the presence of uncrosslinked oligomers in the elastomer, we show that the speed transition coincides with a surface tension transition. A quantitative study of the droplets speeds in the two regimes is performed, and the timescale needed for uncrosslinked oligomers to cover the water-air interface is investigated both for sessile and moving droplets. We eventually show that uncrosslinked chains are extracted from the elastomer at the water - air - silicone elastomer triple line, and demonstrate that extraction occurs in various setups such as partially immersed silicone elastomer plates or air bubbles sliding up PDMS planes immersed in a water bath.

Ce travail de thèse s’inscrit dans le cadre de la modélisation multi-échelle des matériaux composites à renfort tissé dans le but de prévoir leur comportement mécanique et leur tenue. Les objectifs de cette étude sont de caractériser et de modéliser de manière discrète les mécanismes d’endommagement à l’échelle mésoscopique (échelle du renfort de fibres) afin d’évaluer leur influence sur le comportement mécanique macroscopique des matériaux composites tissés. La démarche adoptée consiste tout d’abord à caractériser expérimentalement les mécanismes d’endommagement d’un matériau composite tissé à renfort de fibres de verre et matrice époxy. Les mécanismes observés sont des fissures intra-toron et des décohésions inter-torons en pointe de fissure. Afin de modéliser ces mécanismes d’endommagement, une géométrie représentative du composite, obtenue par simulation du procédé de compaction du renfort, et un maillage conforme de cette géométrie sont choisis. Les fissures et les décohésions sont modélisées de manière discrète dans le maillage à éléments finis de la cellule élémentaire représentative du composite. L’amorçage des endommagements dans le composite est déterminé en utilisant un critère couplant une condition en contrainte et une condition en énergie. La propagation de ces endommagements dans le matériau est évaluée à l’aide d’une approche basée sur la mécanique de la rupture incrémentale. L’approche proposée permet de prévoir l’amorçage et la propagation des endommagements en prenant en compte les possibles couplages entre les endommagements, et de faire le lien entre les endommagements observés à l’échelle mésoscopique et le comportement mécanique macroscopique du matériau. / The topic of this PhD thesis is multi-scale modeling of woven composites with the aim of predicting their mechanical behavior and strength. The objectives of the presented work are the experimental characterization and numerical modeling of damage at the mesoscopic scale (scale of the reinforcing fabric) in order to evaluate its influence on the macroscopic mechanical behavior of woven composites. First, the characteristic damage mechanisms of a woven composite made of glass fibers and epoxy matrix are determined experimentally. Intra-yarn cracks and decohesions between yarns at the crack tips are observed. In order to model these damage mechanisms at the mesoscopic scale, a geometry representative of the composite, obtained from numerical simulation of the dry fabric compaction, and a conformal mesh of this geometry have been selected. Discrete cracks and decohesions are inserted into the finite element mesh of the composite unit cell. Crack initiation is studied using a coupled criterion based on both a stress and an energy condition. The propagation of cracks and decohesions is modeled using a method based on Finite Fracture Mechanics. The proposed approach allows evaluating of the influence of the damage mechanisms observed at the mesoscopic scale on the macroscopic mechanical behavior of the studied material.

Cette thèse met l'accent sur la recherche scientifique pour développer une classe de procédés à hautesvitesses de déformation des tôles métalliques en alliages d'aluminium et en acier à haute résistance (AHR).Ces technologies emploient une impulsion de pression de courte durée qui propulse la tôle dans une matrice.Ces procédés sont généralement décrits comme procédés de formage par impulsion de pression (PPF). Letravail proposé dans ce mémoire de thèse a permis de surmonter trois obstacles pour l'utilisation desprocédés PPF et la fabrication à moindre coût de structures légères. Le premier obstacle a été le manque decorrélation entre formabilité et vitesses de déformation qui se développent lors d’un procédé PPF. Nous avonsproposé d’analyser la formabilité et la rupture des tôles, et de caractériser les vitesses de déformation et leurl'hétérogénéité pendant le procédé PPF. Le deuxième obstacle a été le manque de lois constitutives validéespour les métaux déformés par le procédé PPF. Nous avons étudié la microstructure et l'évolution despropriétés mécaniques durant le procédé PPF. Le troisième obstacle est le manque de modèles de formabilitéprédictifs validés pour le procédé PPF. Nous avons utilisé la méthode Marciniak-Kuczynski pour la prédictionde la formabilité de l’alliage AA5182 et de l’acier DP600 sous un large éventail de vitesses de déformation etsous différentes directions de ces vitesses. La combinaison de ces résultats de recherche permet une plusgrande capacité prédictive pour concevoir et développer des procédés PPF pour composants d’automobiledésirés à partir d'aluminium et d’acier AHR. / This thesis focuses on scientific investigation to develop and enable a class of high strain ratesheet metal forming of aluminum alloys and advanced high strength steel (AHSS). These technologiesemploy a short duration pressure‐pulse to drive sheet metal into single‐sided dies, and can generally bedescribed as pulse pressure forming (PPF) processes. The work under this thesis has overcome threetechnical barriers to using PPF processing for more cost effective lightweight vehicles. The first technicalbarrier was the lack of understanding of the interrelationship between formability and measured strainrates that develop during PPF processing. The work under this thesis investigated the formability andfracture of sheet metals during PPF, and characterized the strain rate and the strain rate heterogeneity.The second technical barrier was the lack of a validated constitutive model for lightweight materialsduring PPF processing. The work under this thesis investigated the microstructure and mechanicalproperty evolution in metals during PPF. The third technical barrier was the lack of validated andpredictive formability models for PPF processes. The work under this thesis used the Marciniak andKuczynski method of formability prediction to predict the formability of both aluminum alloy AA5182and AHSS alloy DP600 across a wide range of strain rates and strain rate directions. The combination ofthese research results permits a more predictive capacity to design and develop PPF manufacturingprocesses for a desired automotive component made from aluminum alloys and AHSS.

Ce travail de thèse est dédié à la visualisation par microscopie optique des transitions de phases, thermo- et photo-induites dans des monocristaux à transition de spin. L’étude des cristaux du composé [{Fe(NCSe)(py)2}2(m-bpypz)] a permis de montrer la possibilité de contrôler la dynamique de l’interface HS/BS (haut spin/bas spin) par une irradiation lumineuse appliquée sur toute la surface du cristal ou de manière localisée. Les investigations expérimentales menées sur l’effet de l’intensité de la lumière sur la température de transition ont mis en évidence d’une part l’importance du couplage entre le cristal et le bain thermique, et d’autre part le rôle de la diffusion de la chaleur dans le monocristal. En parallèle, un modèle basé sur une description de type Ginzburg-Landau, a permis de mettre sur pied une description de type réaction diffusion des effets spatio-temporels accompagnant la transition de spin dans un monocristal. Celui-ci a permis d’identifier et de comprendre le rôle des paramètres pertinents entrant en jeu dans le contrôle du mouvement de l’interface HS/BS. Les résultats obtenus sont très encourageants et reproduisent avec une grande fidélité les données expérimentales. Cependant l’origine de l’orientation de l’interface HS/BS observée par microscopie optique dans les cristaux du composé [{Fe(NCSe)(py)2}2(m-bpypz)] était restée mystérieuse. Pour résoudre cette question, nous avons développé un modèle électro-élastique qui tient compte du changement de volume au cours de la transition de spin. Ce dernier nous a conduits à analyser l’effet de la symétrie du réseau cristallin et de la forme du cristal sur l’orientation de l’interface élastique. En l’appliquant au composé [{Fe(NCSe)(py)2}2(m-bpypz)], en tenant compte du caractère anisotrope du changement de la maille élémentaire lors du passage HSBS, nous avons réussi à retrouver quantitativement l’orientation du front observée expérimentalement en microscopie optique. Ceci confirme bien le rôle primordial de l’élasticité dans le comportement des matériaux à transition de spin. Des études sous lumière à très basse température nous ont donné la possibilité de suivre en temps réel, l’effet LIESST (Light Induced Excited Spin State Trapping), la re-laxation coopérative du cristal ainsi que l’instabilité photo-induite LITH (Light Induced Thermal Hysteresis). Un monde fascinant est apparu autour de cette dernière, avec la présence de comportements totalement inédits. Ainsi, et pour la première fois, nous avons mis en évidence l’existence de phénomènes d’auto-organisation et de comportements autocatalytiques du front de transition. Cette physique non-linéaire dénote un comportement actif du cristal, par suite d’une subtile préparation autour d’un état instable. Ces comportements rappellent les structures dissipatives de Turing et ouvrent des perspectives fascinantes pour cette thématique, tant sur le plan expérimental que théorique. / This thesis work is devoted to visualization by optical microscopy of thermo- and photo-induced phase transitions, in switchable spin transition single crystals. The study of crystals of the compound [{Fe (NCSe) (py) 2} 2 (m-bpypz)] showed the possibility to control reversibly the dynamics of the HS/LS interface through a photo-thermal effect generated by an irradiation of the whole crystal or using a spatially localized light spot on the crystal surface. The investigations of the effect of the light intensity on the transition temperature have highlighted the importance of the coupling between the crystal and the thermal bath in these experiments. Concomitantly, we developped a reaction diffusion model allowing to describe and iden-tify the relevant physical parameters involved in the control of the movement of HS/LS interface. The obtained results are very encouraging and reproduce the main features of the experimental data. However the origin of the interface orientation observed by the optical microscopy in the crystal of the compound [{Fe (NCSe) (py) 2} 2 (m-bpypz)] re-mained mysterious, and needed an elastic approach to be handled. At this end, an electro-elastic model including the volume change at the spin transition was developed. By taking into account for the anisotropy of the unit cell deformation at the transition, we were able to reproduce quantitatively the experimental HS/LS interface orientation. This result confirms the crucial role of the lattice symmetry and its elastic properties in the emergence of a stable interface orientation. The last part of the thesis is devoted to the investigation of photo-induced effects at very low temperatures (~10K). There, we visualized for the first time the real time transformation of a single crystal under LIESST (Light Induced Excited Spin State Trapping) effect as well as its subsequent relaxation at higher temperatures. We have also studied the light induced instabilities through investigation on the LITH (Light Induced Thermal Hysteresis) loops. Around the latter, a fascinating world made of nonlinear effects, and patterns formation emerged, recalled the well known Turing structures. These results lead to new horizons that will give access to new theories and original experimental observations that will enrich the topics opening the new avenues to study of nonlinear phenomena in spin crossover solids.

Ce travail est dédié à la modélisation multi-échelle des phénomènes liés à la transition de spin dans des composés du Fe(II). Le développement d'un modèle macroscopique type réaction-diffusion pour la transition de phase à partir de l'Hamiltonien d'Ising a permis l'étude théorique des aspects spatio-temporels de la fraction haut-spin lors de la transition de phase du premier ordre dans des monocristaux commutables. La comparaison à l'expérience a conduit à de très bons accords pour le comportement du front de transition, ce qui a permis de mieux comprendre les mesures de microscopie optique. Ce travail a été étendu à l'étude des effets photo-thermiques qui causent l'échauffement du cristal par la lumière du microscope conduisant à un système d'équations différentielles couplées tenant compte du couplage thermique avec le bain.Ces équations prédisent des comportements non-linéaires du cristal dans son domaine bistable, tels que l’existence d’effets autocatalytiques, dont les conditions d'émergence ont été précisées. La dernière partie de la thèse est consacrée à une extension du modèle électro-élastique. Ici on démontre que la frustration élastique est à l'origine de la transition de spin en deux étapes et des transitions incomplètes. Ceci nous a amené aussi à prédire l'organisation de structures complexes de la fraction haut-spin dans les phases intermédiaires. Plusieurs types d'auto-organisation ont été révélés dont des structures modulées de la fraction haut-spin. Ce type de comportements a été observé expérimentalement très récemment dans les composés à transition de spin. / This work is devoted to the multiscale modeling of the spin transition phenomena in Fe(II) spin crossover compounds. The development of a macroscopic reaction-diffusion-like model for the phase transition from the Ising-like Hamiltonian allowed the theoretical study of the spatio-temporal behavior of the high-spin fraction accompanying the first-order phase transition in switchable spin crossover single crystals. The comparison to experiments led to an excellent agreement for the dynamics of the high-spin/low-spin interface which improved the understanding of the optical microscopy measurements. Next, this work was extended to the study of photothermic effects due to the crystal heating by the light of the microscope leading to a coupled system of differential equations accounting for the thermal coupling with the bath temperature. These equations predict nonlinear behaviors for crystals in the bistable region, such as the autocatalytic effects, for which we established the conditions of their emergence. The last part of this thesis is devoted to an extension of the electro-elastic model. Here we prove that the elastic frustration is at the origin of the existence of two-step and of incomplete spin crossover transitions. Furthermore, this model allowed us to predict structures of complex patterns in high-spin fractions for intermediate phases. Several types of self-organisation were revealed such as the spatially-modulated structures of the high-spin fractions. Some of these behaviors have been experimentally observed, very recently, in spin crossover compounds.