D'origine biologique, le bois présente des propriétés fortement variables rendant sa caractérisation parfois complexe. Une meilleure connaissance du comportement rhéologique et en particulier des propriétés viscoélastiques du bois est nécessaire au développement ainsi qu'à l'amélioration des processus de transformation et de fabrication de matériaux à base de bois utilisant ces propriétés.<br />Ainsi, l'objectif majeur de cette thèse est de caractériser le comportement différé du bois vert dans des conditions thermiques et hydriques contrôlées. Un dispositif expérimental parfaitement adapté aux spécificités du bois, et en particulier à son anisotropie et son hygroscopie, a été développé. Cet appareil, appelé WAVET (Environmental Vibration Analyser for Wood) assure la détermination des propriétés viscoélastiques du bois par des essais harmoniques en flexion simple encastrement pour des fréquences comprises entre 5.10-3 Hz et 10 Hz. Dimensionné pour fonctionner jusqu'à des pressions de l'ordre de 5 bars, il permet d'effectuer des essais en milieu anhydre ou saturé pour des températures variant de 0°C à 140°C. <br />Les résultats expérimentaux collectés à l'aide de cet appareil sur diverses essences tempérées permettent de mettre en évidence l'influence de nombreux paramètres sur les propriétés rhéologiques et notamment au niveau de la température de ramollissement, à savoir l'essence, la direction matérielle, le type de bois (normal/réaction), ou encore la structure anatomique et macromoléculaire. <br />L'étude de la dégradation thermique du bois saturé en eau dévoile des modifications biochimiques importantes au sein de ce biopolymère. Il apparaît clairement que les propriétés de rigidité et d'amortissement du bois traité thermiquement en milieu aqueux évoluent en fonction de la sévérité du traitement et de la structure native des macromolécules constitutives.

Pour étudier le comportement mécanique des massifs rocheux, en prenant en compte le réseau des discontinuités au sein de la roche intacte, cette recherche a pour objectif la représentation du massif par des modèles géométriques basés sur des relevés de terrain et l'analyse de ces modèles par l'utilisation d'outils informatiques adaptés pour les milieux granulaires. Le premier chapitre fait l'état de l'art des roches fracturées, des méthodes numériques de la mécanique des roches et des approches du calcul de structure d'un tunnel. Ces études conduisent à la proposition d'une méthodologie depuis les recherches in situ jusqu'à la modélisation et l'analyse mécanique, présentée dans le deuxième chapitre. Le massif rocheux est d'abord représenté géométriquement par la distribution de ses discontinuités, et l'utilisation du logiciel RESOBLOK basé sur la méthode du Réseau de Fractures Discrètes. Les modèles mécaniques de massifs rocheux sont ensuite présentés à partir des données sur les études de l'histoire du massif, et des mesures faites sur site et en laboratoire. Les modèles numériques en 3D sont analysés par l'utilisation du logiciel LMGC90 basé sur la méthode de la Dynamique des Contacts Non Réguliers. Les premières applications de la méthodologie sont exposées : la création d'une roche numérique pour simuler un essai de compression triaxiale, et la simulation d'une excavation multi phases d'un tunnel au rocher. La méthodologie proposée a été appliquée sur le marbre blanc de Saint Béat (Haute Garonne, France) et les résultats préliminaires sont donnés dans le chapitre trois. Les réponses mécaniques de la roche numérique sont analysées et son comportement est caractérisé. / Aimed at studying the mechanical behaviour of rock mass and considering the presence of the discontinuity network in the intact rock, this research concentrates on how the rock can be represented in suitable geometrical models, on the basis of site measurements, and then appropriately analysed using computer tools developed for the study of granular media. The first chapter deals with a bibliographical study on fractured rock and tunnel engineering. Different computational methods of rock mechanics are introduced. Simultaneously, three principal approaches for tunnel structural design are recalled. These studies lead to the proposition of a methodology from the in situ investigation to in-door modelling and mechanical analysis, presented in the second chapters. The rock mass is first geometrically represented through the distribution of discontinuities in the rock mass and the use of the RESOBLOK code based on the Discrete Fracture Network method. Mechanical models of rock mass are then presented from the data of historical studies on the rock mass and from laboratory and in situ measurements. The 3D computational models are analysed using the LMGC90 based on the Non Smooth Contact Dynamics method. The first two applications of the methodology are introduced: the generation of the numerical rock for the simulation of the triaxial compression test, and the simulation of multi-phase excavation of rock tunnel. The proposed methodology has been applied on the white marble of Saint Béat (Haute Garonne, France) and the initial results are given in the third chapter. The mechanical responses of the numerical rock mass are analysed and the bulk behaviour of the rock is evaluated.

L'évolution de la microstructure du poly(éthylène terephthalate) (polymère thermoplastique amorphe et cristallisable) a été étudiée lors de diverses sollicitations mécaniques (mono-étirage, bi-étirage et soufflage en surface libre). Le matériau a été sollicité entre les températures de transition vitreuse et de cristallisation froide (i.e. 90 °C et 115 °C). Différents traitements thermiques (recuit ou trempe) ont été appliqués après déformation. L'évolution de la texture et de la morphologie cristalline a été étudiée par différentes techniques de diffraction des rayons X (WAXS et SAXS). L'évolution de la phase amorphe a, quant à elle, été étudiée par analyse mécanique dynamique et thermique (DMTA).Quelque soit la nature des échantillons (films, éprouvettes épaisses ou préformes), des sollicitations et des conditions expérimentales (vitesses et températures), il appairait clair que la cristallisation sous déformation du PET ne conduit pas à une microstructure cristalline parfaite si elle est ponctuée par une trempe, excepté pour des taux d'étirage élevés. La microstructure observée en fin d'étirage est donc aussi marquée par l'étape de refroidissement. Le durcissement structural est lié aux étapes initiales de la cristallisation. La phase amorphe est pour sa part fortement contrainte par la sollicitation. Pour preuve, sa plus grande aptitude à la cristallisation et les évolutions de sa température de transition alpha qui augmente. Les essais de soufflage libre ont notamment démontré combien les bouteilles sont hétérogènes tant en terme de morphologie microstructurale qu'en terme d'orientation locale des chaînes polymères. Cette hétérogénéité se manifeste aussi bien le long des bouteilles qu'au sein de leur épaisseur, rendant difficile la corrélation entre propriétés microstructurale et mécanique induites. L'étude comparative des corps creux soufflés sur prototype et souffleuse industrielle a permis d'évaluer l'influence du moule. Dans des conditions équivalentes, le moule contraint de toute évidence les déformations du matériau et peut donc avoir une incidence non négligeable sur les microstructures et propriétés induites finales.

La rectification est un procédé couramment utilisé dans l’industrie pour la finition des surfaces. L’optimisation du procédé consiste à trouver un compromis entre la qualité des pièces, minimiser les temps d'usinage et augmenter l’efficacité énergétique grâce au choix judicieux des paramètres de rectification. Par ailleurs le taux de production des pièces rectifiées est souvent limité par des contraintes sur la topographie de la surface et des problèmes liés à l’apparition de brûlures de rectification ou de micro-fissures à la surface des pièces. Ces défauts d’aspect engendrent généralement, lorsqu’ils concernent une surface fonctionnelle, une réduction de la durée de vie du composant ainsi rectifié.’effet des conditions de rectification et des propriétés des matériaux sur la nature des contraintes résiduelles a été analysé par modélisation numérique. Le modèle élément finis permet la prédiction non seulement des contraintes résiduelles, mais aussi des phases en présence et des déformations associées. L'objectif de cette étude est de construire un modèle numérique fiable en se basant sur la méthode des éléments finis pour analyser les contraintes résiduelles induites par la rectification et d'explorer, par conséquent, les mécanismes en termes de conditions de rectification. La variation des contraintes résiduelles et des déformations aux points d'intégration a été analysée. Les effets du coefficient de frottement (µ), du nombre de Peclet (Pe), de la conductance de paroi (H) et du flux de chaleur (Q) sur la microstructure et l’état de contraintes résiduelles ont été analysés. Enfin, sur la base des nouveaux résultats de ce travail de recherche, une méthodologie plus complète est proposée pour la suite. / Grinding is a commonly used finishing process to produce components of desired shape, size and dimensional accuracy. The ultimate goal is to have the maximum workpiece quality, minimum machining time and high economic efficiency by making a selective adaptation of the possible process strategy and chosen parameter selection. The focus of this study arose from a limitation that challenges the grinding industry. The production rate of the ground parts is generally constrained by surface topography and subsurface damage appearing as residual tensile stress, localized burns, and phase transformation induced micro and macro-cracking. This motivates the need for a reliable numerical modelling to simulate the grinding process. The numerical model sought should be able to predict not only the required grinding residual stresses but also the deformation history. The objective of this thesis is to build up a reliable finite element model for grinding-induced residual stress analysis and thus to explore thoroughly the mechanisms in terms of grinding conditions. The variations of the residual stresses and strains at integration points have been examined, and the effects of the friction coefficient (µ), Peclet number (Pe), non dimensional heat transfer coefficient (H) and different magnitudes of input heat flux (Q) on both the microstructure and the residual stress state are analyzed. Finally, based on the new findings in this research, a more comprehensive methodology is suggested for further study.

Ce travail présente un procédé innovant d’élaboration de revêtements prothétiques phosphocalciques : l’électrodéposition. Il porte sur la synthèse et la caractérisation de phosphates de calcium destinés au recouvrement de prothèses de hanche. Un protocole original a été développé en associant l’électrodéposition en mode courant pulsé à un traitement thermique sous atmosphère contrôlée appelé THUCA. La morphologie, la composition et la structure des revêtements obtenus ont été analysées respectivement par MEB, microanalyse X et diffraction des rayons X. Les résultats ont montré que nous obtenons un implant constitué d’un revêtement biphasique (hydroxyapatite HAP et phosphate tricalcique b-TCP) sur l’alliage de titane TA6V.Les caractérisations mécaniques par indentation, les tests de rayure (scratch test) et d’usure (tribologique) réalisées pour la première fois sur cet implant ont montré que le revêtement possède un excellent aspect cohésif et adhésif avec une excellente résistance à l’usure. Par ailleurs, la bioactivité des revêtements élaborés est évaluée en milieu physiologique en étudiant d’une part leur comportement vis-à-vis de la corrosion, et d’autre part leur comportement en milieu de culture cellulaire. L’ensemble de ces résultats indiquent que l’implant proposé possède de bonnes propriétés faisant de lui un bon candidat en tant qu’implant pour la chirurgie orthopédique.Par ailleurs, ce travail de thèse a été achevé par des études préliminaires concernant une technique complémentaire à l’électrodéposition : l’électrophorèse. Nous avons obtenu pour la première fois un revêtement constitué de nanoparticules d’hydroxyapatite ayant de bonnes propriétés mécaniques. / This work presents an innovative process to develop prosthetic calcium phosphate coatings: electrodeposition. It focuses on the synthesis and characterization of calcium phosphates for the recovery of hip prostheses. Thus, an original protocol was developed, which combines pulsed current electrodeposition to a heat treatment method under controlled atmosphere called THUCA. Morphology, composition and structure of the coatings obtained were analyzed respectively by SEM, X-ray microanalysis and X-ray diffraction. The results showed that we obtain an implant consisting of a two-phases coating (HAP hydroxyapatite and tricalcium phosphate b-TCP) on the titanium alloy TA6V.Mechanical characterizations made by indentation, scratch tests (scratch test) and wear (tribological) for the first time on this implant showed that the coating has a good adhesive and cohesive appearance with improved wear resistance. Moreover, the bioactivity of the developed coatings was evaluated by studying their corrosion behavior in physiological medium and also their behavior in cell culture medium. All these results indicate that the proposed implant has good properties making it a good candidate as an implant for orthopedic surgery.Furthermore, this thesis was completed by preliminary studies of a complementary technique to electrodeposition: electrophoresis. We obtain for the first time a coating consisting of nano-particles of hydroxyapatite having good mechanical properties.

La mise sur le marché de Micro Systèmes Electro Mécaniques Radio-Fréquences (MEMS RF) est freinée par leurs manques de maturités au niveau du flot de conception, de la mise en boîtier (packaging) et de la fiabilité. Dans ce contexte, nous mettons en évidence, une solution d'assemblage par report d'un capot avec un scellement en polymère adaptée aux micro-commutateurs RF. Afin de répondre aux enjeux de conception, nous avons identifié des besoins en terme de modélisation éléments finis (EF) multi-physique, permettant de générer des macro-modèles comportementaux. Ainsi, nous discutons des possibilités offertes par deux logiciels EF réellement multi-physique : ANSYS et COMSOL. Finalement, nous proposons une solution (boîtier micro-usiné en Foturan et scellement en polymère BCB) compatible avec les spécifications du cahier des charges. La fabrication et la caractérisation électrique d'un démonstrateur ont permis de valider cette technique simple de packaging quasi-hermétique.

Background: Addressing oil spills is crucial to protect the marine environment (Etkin, 2021). While physical and mechanical recovery methods have proven effective in controlling surface oil slicks (Doshi, 2018), subsurface challenges remain unaddressed. There is a need for low-cost, effective, and environmentally friendly solutions for subsurface oil removal. Bioinspired designs, based on nature’s evolutionary optimization, could offer promising solutions to oil spills. Objectives: The primary objective was to explore innovative and bioinspired approaches for effectively capturing and eliminating oil droplets from subsurface environments. The study aims to pioneer breakthroughs in biomimetic technologies for subsurface oil recovery. The objectives include developing a system inspired by humpback whales using bubbles, creating a fiber-based system inspired by copepods, and exploring sound as a separation technique for emulsions. Additionally, to decode the fluid mechanics within each capture system, unraveling the optimal processes responsible for successful oil droplet capture and separation in the emulsion simulation. And finally to assess system performance and potential for real-world scaling beyond the lab setting. Methods: A controlled environment simulating post-spill scenarios was established using different types of oil (crude oil, canola oil, fish oil). The emulsions were then exposed to three technology systems: micro-bubble redirection system, brush capture system, and sound wave modulations. The efficiency of oil removal and capture from the subsurface was measured using absorbent weight for the micro-bubble systems and lipid extraction for capture brush efficiency. High-speed camera images were taken to track oil droplet redirection in a flow tank, and ImageJ software to analyze droplet characteristics for effective control. Results: The analysis demonstrated that the Micro-Bubble air flotation method emerges as a highly efficient solution for post-spill oil recovery, consistently demonstrating exceptional performance. Cylinder-Ring Bubble Air Flotation method achieves a remarkable 72.4% recovery rate for canola oil, while fish oil exhibits a 14.0% recovery rate after 3 hours, highlighting the influence of oil viscosity. Be- 4 yond mere buoyancy, air bubbles showcase versatility, redirecting and containing oil droplets. The Micro-Bubble Redirection System, quantitatively assessed in a controlled environment, proves to be a significant breakthrough in controlling oil dispersion in aquatic settings. The biomimetic brush exhibited substantial oil capture capability. The fiber capture system at 360 RPM for 1-minute cycles, repeated 50 times, achieved over 46% oil removal. The modified brush at the same speed and duration captured over 19% of total oil. Post-treatment, the average size of oil droplets increased from 4.5 m to 5.5 m, showcasing changes in droplet size distribution with the fiber capture system. The sonic treatment effectively separated the majority of oil from water, revealing small oil droplets (x = 0.026 mm) in the central emulsion. This phenomenon warrants further investigation as a potential alternative to chemical surfactants. Conclusion: The development of biomimetic tools for oil spill clean-up represents a significant advancement in environmental protection. By addressing subsurface oil droplets, these methods contribute to safeguarding marine food webs from oil contamination. This study underscores the importance of innovative, natureinspired solutions in tackling complex environmental challenges. / Contexte : La lutte contre les déversements de pétrole est cruciale pour atténuer leur impact sur l’environnement marin (Etkin, 2021). Alors que les méthodes de récupération physique et m´ecanique se sont révélées efficaces pour contrôler les nappes de pétrole en surface (Doshi, 2018), les d´efis liés aux couches sous-marines restent non résolus. Il existe un besoin de solutions économiques, efficaces et respectueuses de l’environnement pour l’élimination du pétrole en sous-surface. Les conceptions bioinspirées, basées sur l’optimisation évolutive de la nature, pourraient offrir des solutions prometteuses aux déversements de pétrole. Objectifs : L’objectif principal était d’explorer des approches innovantes et bioinspirées pour capturer et éliminer efficacement les gouttelettes de pétrole des environnements sousmarins. L’étude vise à initier des percées dans les technologies biomimétiques pour la récupération du pétrole en sous-surface. Les objectifs incluent le développement d’un système inspiré des baleines à bosse utilisant des bulles, la création d’un système basé sur les fibres inspiré des copépodes, et l’exploration du son comme technique de séparation des émulsions. De plus, décoder la mécanique des fluides dans chaque système de capture, en démêlant les processus optimaux responsables de la capture et de la séparation réussies des gouttelettes de pétrole dans la simulation d’émulsion. Enfin, évaluer les performances du système et son potentiel de mise à l’échelle dans le monde réel au-delà du cadre du laboratoire. Méthodes : Un environnement contrôlé simulant des scénarios post-déversement a été établi en utilisant différents types de pétrole (pétrole brut, huile de colza, huile de poisson). Les émulsions ont ensuite été exposées à trois systèmes technologiques : système de redirection à micro-bulles, système de capture par brosse, et modulations des ondes sonores. L’efficacité de l’élimination et de la capture du pétrole en sous-surface a été mesurée en utilisant le poids absorbant pour les systèmes à micro-bulles et l’extraction des lipides pour l’efficacité de la brosse de capture. Des images de caméra haute vitesse ont été prises pour suivre la redirection des gouttelettes de pétrole dans 1 un réservoir à écoulement, et le logiciel ImageJ pour analyser les caractéristiques des gouttelettes pour un contrôle efficace. Résultats : L’analyse a démontré que la méthode de flottation d’air à microbulles émerge comme une solution très efficace pour la récupération d’huile après une fuite, montrant de manière cohérente des performances exceptionnelles. La méthode de flottation d’air à cylindre-anneau atteint un remarquable taux de récupération de 72,4% pour l’huile de canola, tandis que l’huile de poisson présente un taux de récupération de 14,0 % après 3 heures, mettant en évidence l’influence de la viscosité de l’huile. Au-delà de la simple flottabilité, les bulles d’air montrent leur polyvalence en redirigeant et en contenant les gouttelettes d’huile. Le système de redirection à microbulles, évalué de manière quantitative dans un environnement contôlé, s’avère être une avancée significative dans le contrôle de la dispersion de l’huile dans les milieux aquatiques. La brosse biomimétique a montré une capacité de capture substantielle de l’huile. Le système de capture de fibres à 360 tours par minute pendant des cycles d’1 minute, répété 50 fois, a atteint plus de 46% d’élimination de l’huile. La brosse modifiée à la même vitesse et durée a capturé plus de 19 % de l’huile totale. Après traitement, la taille moyenne des gouttelettes d’huile est passée de 4,5 m à 5,5 m, mettant en évidence des changements dans la distribution de la taille des gouttelettes avec le système de capture de fibres. Le traitement sonique a séparé efficacement la majorité de l’huile de l’eau, révélant de petites gouttelettes d’huile (x = 0,026 mm) dans l’émulsion centrale. Ce phénomène mérite une investigation plus approfondie en tant qu’alternative potentielle aux agents tensioactifs chimiques. Conclusion : Le développement d’outils biomimétiques pour le nettoyage des déversements de pétrole représente une avancée significative dans la protection de l’environnement. En s’attaquant aux gouttelettes de pétrole en sous-surface, ces méthodes contribuent à protéger les réseaux alimentaires marins de la contamination par le pétrole. Cette étude souligne l’importance de solutions innovantes et inspirées par la nature pour relever les défis environnementaux complexes.