L'utilisation d'un matériau granulaire au sein de structures industrielles afin de diminuer les niveaux vibratoires est une solution alternative aux revêtements viscoélastiques, qui ont une dépendance forte aux conditions de température. Pour l'industrie navale et aéronautique l'enjeu est ainsi d'améliorer la fiabilité et le confort. Les niveaux d'interaction entre les grains dépendent des paramètres de contrôle (niveaud'accélération), mais aussi des caractéristiques des matériaux constitutifs des grains, du taux d'humidité dufluide environnant, de la géométrie et des dimensions des grains, ainsi que des conditions de confinement.Pour une accélération donnée, indépendante du point de la structure, la pertinence du choix d'unmatériau granulaire par rapport à une même masse indéformable est mise en évidence par l'étude de lavibration d'une cavité rigide montée sur un oscillateur partiellement remplie. La variation paramétrique destypes de confinements dans la cavité ainsi que le matériau constitutif des grains permet d'extraire lesparamètres influents dans la dissipation d'énergie. Le développement d'un modèle analytique à constanteslocalisées permet de simuler l'énergie dissipée par le système via un nombre réduit de coefficients représentantla dynamique vibratoire de la matière en grains. La confrontation de ce modèle avec différentesexpérimentations permet de valider son efficacité et son caractère prédictif dans la dissipation de l'énergievibratoire d'un système dynamique.Pour une structure modale en vibration, où le niveau d'accélération est dépendant du point de lastructure, l'optimisation du positionnement des amas de grain est montrée. / The use of granular material in industrial structures to reduce vibration levels is an alternative toviscoelastic surfacing, which is highly dependent on temperature conditions. For the naval and aeronauticalindustry, the challenge is to improve reliability and comfort. The levels of interaction between the grainsdepend on the control parameters (acceleration level), but also on the characteristics of the constituentmaterials of the grains, the moisture content of the surrounding fluid, the geometry and dimensions of thegrains, as well as their containment conditions.For a given acceleration, independent of the point of structure, the relevance of the choice of a granularmaterial with respect to the same non-deformable mass is demonstrated by the study of the vibration of a rigidcavity mounted on an oscillator partially filled. The parametric variations of the types of confinement in thecavity as well as the constituent material of the grains make it possible to extract the influent parameters inthe energy dissipation. The development of an analytical model with localized constants allows to simulate theenergy dissipated by the system via a reduced number of coefficients representing the vibratory dynamics ofthe granular matter. The comparison of this model with experiments makes it possible to validate itseffectiveness and its predictive character in the dissipation of the vibratory energy of a dynamic system.For a modal structure, where the acceleration level is dependent on the point of the structure, theoptimization of the grain cluster positioning is shown.

Le syndrome de vibration main-bras (HAVS) est généralement provoqué par l'utilisation d'outils électriques portatifs sur le long terme ; il se manifeste après une exposition au froid, en provoquant une forte et anormale vasoconstriction des vaisseaux sanguins. L'objectif de la thèse est d'établir un nouveau modèle prédictif des changements géométriques et structurels des parois des capillaires causés par l'exposition des membres supérieurs aux vibrations. Le contexte médical du HAVS est rappelé en premier lieu, en particulier les mécanismes pathologiques sous-jacents. Les modèles constitutifs des tissus mous de la pulpe de doigt et de la paroi du vaisseau en croissance issus de la littérature sont rappelés. Dans la troisième partie de la thèse, les paramètres élastiques et visqueux de la pulpe du doigt sont identifiés par le recalage des résultats de la simulation d'un modèle 2D d'une section transversale du bout du doigt avec des données expérimentales. La dernière partie de la thèse aborde la modélisation de la croissance des capillaires induite par la vibration de l'outil, en considérant des échelles spatiales et temporelles macroscopique et microscopique. Le problème spatial multi-échelles est résolu par une méthode de zoom structural, le champ de déformation calculé à l’échelle macroscopique définissant la condition limite appliquée ensuite à l’échelle microscopique. Le problème multi-échelle de temps est résolu en transformant le problème dynamique en un problème équivalent quasi-statique. Les résultats obtenus montrent que les vibrations induisent l'épaississement de la paroi du capillaire, l’effet étant maximum au voisinage de la fréquence de résonance. Des analyses paramétriques sont réalisées pour étudier la relation entre la croissance des capillaires en fonction de la localisation dans la pulpe du doigt, la fréquence de la vibration, l’amplitude de la pré-charge statique, et la dose de vibrations / Hand-Arm Vibration syndrome (HAVS) is usually caused by long-term use of hand-held power tools. It typically occurs after exposure to cold, causing an abnormally strong vasoconstriction of blood vessels. A model predicting the geometrical and structural changes of the arterial walls caused by vibration exposure is developed for the first time in this thesis. The medical context of HAVS is first recalled, especially the underlying pathological mechanisms. The constitutive models for the finger pulp and the growth of the vessel wall from the literature are used as a basis for the modeling of the arterial wall remodeling under exposure to vibration. The elastic and viscous parameters of the fingertip have been identified by adjusting the simulation results of a 2D model of fingertip cross-section to available experimental data. The last part of the thesis develops a first attempt to build the growth model of capillary induced by the tool vibration, considering multiscale spatial and temporal aspects. The two-scale spatial problem is solved by a structure focus, the deformation field computed at the macro level defining the boundary condition next applied at the microscopic level. The two-scale time problem is solved by transforming the dynamic problem into a quasi-static problem. The results obtained show that vibration induces an increase of the thickness of the capillary's wall. Parametric analyses were carried out to study the relationships between the capillary growth and their localization within finger’s pulp, the vibration frequency, the magnitude of the static preload and the vibration dose

Cette thèse s’intéresse au développement d’éléments finis solide–coques dédiés à la modélisation de structures multicouches sollicitées en vibrations. En effet, la plupart des modèles multicouches dans la littérature présentent des limitations dans certaines configurations géométriques et matérielles. Face à ce constat et dans un souci de proposer un outil moins coûteux en temps de calcul, nous avons proposé une approche basée sur le concept solide–coques. Il s’agit d’éléments finis tridimensionnels dont le comportement a été amélioré par l’Assumed Strain Method. Dans un premier temps, nous avons formulé le problème de vibrations de structures sandwichs à cœur viscoélastique. La dépendance en fréquence a ainsi été prise en compte en utilisant une loi constitutive complexe. Pour résoudre le problème discrétisé, la Méthode Asymptotique Numérique, couplée à l’homotopie, et utilisant l’approche DIAMANT, a été adoptée pour les excellents résultats qu’elle offre par rapport aux autres méthodes. Des tests ont permis de valider les modèles proposés et de montrer l’avantage par rapport aux éléments ayant la même cinématique. Poursuivant nos travaux, et dans un souci d’augmenter l’amortissement, nous nous sommes orientés vers un contrôle actif des vibrations. Pour ce faire, deux éléments finis piézoélectriques ont été formulés. Il s’agit des éléments SHB8PSE et SHB20E qui sont des extensions des éléments finis SHB8PS et SHB20, respectivement. Le couplage électromécanique a consisté en l’ajout d’un degré de liberté à chacun des nœuds des dits éléments. Quelques exemples en statique et en vibrations menés sur des structures multicouches allant de simples poutres aux structures présentant des non-linéarités géométriques ont permis de valider les éléments solide–coques proposés. Pour finir, une synthèse des acquis des chapitres 2 et 3 a permis de proposer une modélisation de structures multicouches comprenant des couches élastiques, viscoélastiques et piézoélectriques. À l’amortissement passif provenant du pouvoir amortissant des matériaux viscoélastiques, on ajoute un contrôle actif qui découle du courant électrique généré au cours de la déformation des couches piézoélectriques. Ainsi, un filtre a été installé entre les capteurs et actionneurs. Ce filtre permet d’amplifier ou d’atténuer le potentiel électrique généré dans le but de réduire les amplitudes de vibrations. Pour résoudre le problème résultant nous avons étendu le solveur utilisé au chapitre 2. Pour valider les modèles proposés, des tests de contrôle actif–passif ont été menés sur des structures plaques multicouches. Enfin, quelques lois de contrôle découlant de filtres ont permis de montrer comment cette procédure permet de réduire ou même d’éviter l’amplification des vibrations / This thesis deals with the development of solid–shell finite elements for vibration modeling of multilayer structures. Indeed, most of multilayer models in the literature show some limitations in certain geometric and material configurations. Considering these restrictions and in order to develop a more efficient calculation tool, we proposed an approach based on the solid–shell concept. This consists of three-dimensional finite elements enhanced through the Assumed Strain Method. First of all, we have formulated the problem of vibrations of sandwich structures with viscoelastic core. The frequency dependence has been taken into account by using a complex constitutive law. To solve the discretized problem, the Asymptotic Numerical Method, coupled with the homotopy technique and the DIAMANT toolbox approach, was adopted due to the excellent results it provides compared to other methods. Benchmark tests have validated the models and highlighted their advantages over existing elements having the same kinematics. In order to increase damping properties, we directed our attention towards an active vibration control. For this purpose, two piezoelectric finite elements have been developed. These finite elements SHB8PSE and SHB20E are extensions, of the elements SHB8PS and SHB20, respectively. The electromechanical coupling consisted in adding an electrical degree of freedom to each node of these elements. A variety of test problems both in static and vibration analysis conducted on multilayer structures ranging from simple beams to structures involving geometric nonlinearities allowed validating the proposed solid–shell elements. Finally, combining the achievements made in chapters 2 and 3, we proposed a modeling approach for multilayer structures composed of elastic, viscoelastic and piezoelectric layers. Active control is introduced using the piezoelectric properties in order to improve the reduction in vibration amplitudes. Thus, a filter has been mounted between the sensors and actuators. This filter allows amplifying or attenuating the generated electric potential in order to reduce the vibration amplitudes. To solve the resulting problem, we extended the resolution method used in chapter 2. To validate the proposed models, active–passive control tests have been conducted on multilayer plate structures. Finally, some control laws, associated with filters, have shown how this procedure can allow reducing or even avoiding amplification of vibrations