La mise en glissement d’une interface de contact est un phénomène dont la dynamique spatiotemporelle est encore mal comprise. Dans cette thèse, nous avons développé et mis en oeuvre un dispositif expérimental original permettant de visualiser in situ les phénomènes locaux en jeu lors de la mise en glissement d’interfaces rugueuses élastomères, avec une bonne résolution temporelle. Nous avons mis en évidence une forte réduction de l’aire de contact réelle au sein d’une interface de contact sous cisaillement, et ce bien avant le début du glissement macroscopique. Cette réduction influence la valeur de la force de frottement statique de l’interface. Nous avons montré que le paramètre qui quantifie l’amplitude de la réduction vérifie une loi d’échelle valable largement, allant des monocontacts millimétriques jusqu’aux jonctions micrométriques impliquées dans les interfaces rugueuses. Nous avons ensuite montré que la contrainte de cisaillement critique de mise en glissement d’une interface n’est pas une constante pour un couple de matériaux en contact. En effet, en changeant systématiquement l’épaisseur d’un revêtement élastique sur l’un des corps en contact, on peut varier cette contrainte d’un facteur trois. Cet effet est interprété semi-quantitativement via un modèle couplant dissipation à l’interface et dans le volume des matériaux. Nous avons enfin montré que la dynamique spatio-temporelle de mise en glissement est influencée par le couple appliqué à l’interface par la force de frottement, lorsque celle-ci n’est pas exercée dans le plan de l’interface. En particulier, via une mesure du champ de déplacement par corrélation d’images, nous avons réalisé la première comparaison quantitative avec un modèle récent décrivant cet effet de couple. / The onset of sliding of a contact interface is a phenomenon the space-time dynamics of which are still poorly understood. In this thesis, we have developed and implemented an original experimental device allowing us to visualize in situ the local phenomena involved during the onset of sliding of rough elastomer interfaces, with a good temporal resolution. We have shown a strong reduction of the real contact area within a sheared contact interface, well before the beginning of macroscopic sliding. This reduction affects the value of the static friction force of the interface. We have shown that the parameter that quantifies the amplitude of the reduction obeys a well-defined scaling law ranging from millimetric mono-contacts to the micrometric junctions involved in rough interfaces. We have then shown that the shear strength of an interface is not a constant for a couple of materials in contact. Indeed, by systematically changing the thickness of an elastic coating on one of the bodies in contact, we could vary the value of the shear strength by a factor three. This effect is interpreted semi-quantitatively via a model incorporating dissipation both at the interface and in the bulk of the materials. We have finally shown that the space-time dynamics of the onset of sliding is influenced by the torque applied to the interface by the friction force, when the latter is not exerted in the plane of the interface. In particular, via a digital image correlation-based measurement, we performed the first quantitative comparison with a recent model describing this torque effect.

Le transfert de masse et de chaleur dans les vêtements est un phénomène faisant appel àdifférents mécanismes physiques : les échanges de chaleurs sèches et les transferts de vapeur etde liquide. Ces mécanismes sont fortement influencés par les facteurs liés à la construction, laforme du vêtement par rapport à celle du corps et l’utilisation du vêtement. Ces facteurs peuventêtre optimisés en changeant la taille et la forme des différentes couches d’air emprisonnées entrela peau et les vêtements. La plupart des modèles mathématiques de vêtements font l’hypothèse que l’épaisseur d’air entrela peau et l’étoffe est uniforme, ou alors ils l’ignorent. La non-uniformité et de la non-linéaritédes transferts de chaleur et d’eau ne sont alors pas prises en compte. En effet, le processus detranspiration dépend non seulement de l’aire de contact et de l’épaisseur d’air emprisonnée entrela peau et le vêtement mais également de la région du corps. Nous proposons une méthode permettant de déterminer, avec une plus grande précision que lestechniques existantes, l’épaisseur d’air et l’aire de contact entre le corps et un vêtement à l’aided’une analyse avancée de scans 3D d’un mannequin homme nu et habillé. L’effet du tauxd’humidité sur l’aire de contact et l’épaisseur du film d’air a été étudié en fonction de la zone ducorps et ceci pour différentes tailles, structures de l’étoffe et fibres. Cette méthode contribue àévaluer de façon plus réaliste les échanges de masse et de chaleur au travers de plusieurs couchesde vêtements et ainsi de fournir des données d’entrée précises aux modèles pour la conception devêtements avec prise en compte du confort et de l’ergonomie. / The heat and mass transfer within the clothing system is a composition of a number of physicalprocesses, such as: dry heat and vapour and liquid water transfer. Factors associated with theconstruction and use of the garment, such as body posture and movement, and clothing fitinfluence these processes significantly. This is achieved mainly by changing the size and theshape of the different layers of air trapped between the skin and clothing. Most existing mathematical clothing models assume uniform air gap between the body and fabric layers or ignore it. However, this approach disregards the non-uniform and non-linear heat,vapour and liquid water transfer, which depend on presence of contact between surfaces and onthe shape of the air layers trapped within clothing and the body regions which are not equivalentin terms of sweating process. In this study, we propose a method to accurately determine the air gap thickness and the contactarea between clothing and the human body through an advanced analysis of 3D body scans of thenude and dressed body of a male manikin. This method allowed more accurate measurement ofthe air gap thickness and the contact area than other existing methods. Additionally, in two casestudies the effect of garment design and moisture gain in fabric combined with effects of bodypart, garment type and its overall and regional fit, fabric structure and fibre type were determined.Consequently, this method will contribute to a more realistic evaluation of heat and massexchange rates through clothing systems and provide more accurate input for ergonomic andcomfort design of clothing.

Résumé: L’objectif de cette thèse est d’interpréter la dégradation des aspérités des joints rocheux sous différentes conditions de chargement. Pour cela, la variation des aspérités durant les différentes étapes du cisaillement d’un joint rocheux est observée. Selon le concept appelé “tiny windows”, une nouvelle méthodologie de caractérisation des épontes des joints a été développée. La méthodologie est basée sur les coordonnées tridimensionnelles de la surface des joints et elles sont mesurées après chaque essai. Après la reconstruction du modèle géométrique de la surface du joint, les zones en contact sont identifiées à travers la comparaison des hauteurs des “tiny windows” superposées. Ainsi, la distribution des zones de la surface en contact, endommagées et sans contact ont été identifiées. La méthode d’analyse d’image a été utilisée pour vérifier les résultats de la méthodologie proposée. Les résultats indiquent que cette méthode est appropriée pour déterminer la taille et la distribution des surfaces du joint en contact et endommagées à différentes étapes du cisaillement. Un ensemble de 38 répliques ont été préparées en coulant du mortier sans retrait sur une surface de fracture obtenue à partir d’un bloc de granite. Différentes conditions de chargement, incluant des chargements statiques et cycliques ont été appliquées afin d’étudier la dégradation des aspérités à différentes étapes du procédé de cisaillement. Les propriétés géométriques des “tiny windows” en contact en phase pré-pic, pic, post-pic et résiduelle ont été analysées en fonction de leurs angles et de leurs auteurs. Il a été remarqué que les facettes des aspérités faisant face à la direction de cisaillement jouent un rôle majeur dans le cisaillement. Aussi, il a été observé que les aspérités présentent différentes contributions dans le cisaillement. Les aspérités les plus aigües (“tiny windows” les plus inclinées) sont abîmées et les aspérités les plus plates glissent les unes sur les autres. Les aspérités d’angles intermédiaires sont définies comme “angle seuil endommagé” et “angle seuil en contact”. En augmentant la charge normale, les angles seuils diminuent d’une part et, d’autre part, le nombre de zones endommagées et en contact augmentent. Pour un petit nombre de cycles (avec faible amplitude et fréquence), indépendamment de l’amplitude, une contraction apparaît ; par conséquent, la surface en contact et les paramètres de résistance au cisaillement augmentent légèrement. Pour un grand nombre de cycles, la dégradation est observée à l’échelle des aspérités de second ordre, d’où une baisse des paramètres de résistance au cisaillement. Il a été aussi observée que les “tiny windows” avec différentes inclinaisons contribuent au processus de cisaillement, en plus des “tiny windows” les plus inclinées (aspérités plus aigües). Les résultats de la méthode proposée montrent que la différenciation entre les zones en contact et celles endommagées s’avère utile pour une meilleure compréhension du mécanisme de cisaillement des joints rocheux. / Abstract: The objective of the current research is to interpret the asperity degradation of rock joints under different loading conditions. For this aim, the changes of asperities during different stages of shearing in the three-dimensional joint surface are tracked. According to a concept named ‘tiny window’, a new methodology for the characterization of the joint surfaces was developed. The methodology is based on the three-dimensional coordinates of the joints surface that are captured before and after each test. After the reconstruction of geometric models of joint surface, in-contact areas were identified according to the height comparison of the face to face tiny windows. Therefore, the distribution and size of just in-contact areas, in-contact damaged areas and not in-contact areas are identified. Image analysis method was used to verify the results of the proposed method. The results indicated that the proposed method is suitable for determining the size and distribution of the contact and damaged areas at any shearing stage. A total of 38 replicas were prepared by pouring non-shrinking cement mortar on a fresh joint surface of a split granite block. Various loading conditions include monotonic and cyclic loading were applied to study the asperities degradation at different stages of shearing. The geometric properties of the in-contact tiny windows in the pre-peak, peak, post-peak softening and residual shearing stages were investigated based on their angle and height. It was found that those asperities facing the shear direction have the primary role in shearing. It is remarkable that different part of these asperities has their own special cooperation in shearing. The steepest parts (steeper tiny windows) are wore and the flatter parts (flatter tiny windows) are slid. The borderlines between these tiny windows defined as “damaged threshold angle” and “in-contact threshold angle”. By increasing normal load, both the amounts of threshold angles are decreased and contact and damaged areas increased. During low numbers of cycles (with low amplitude and frequency), independent of the type of cycle, contraction occurs and consequently the contact area and the shear strength parameters slightly increased. During larger number of cycles, degradation occurred on the second order asperities, therefore the shear strength parameters slowly decreased. It was also observed that tiny windows with different heights participate in the shearing process, not just the highest ones. The results of the proposed method indicated that considering differences between just in-contact areas and damaged areas provide useful insights into understanding the shear mechanism of rock joints.