Contraint de respecter les réglementations environnementales concernant les émissions de CO2, les industriels du secteur automobile se doivent de lever certains verrous technologiques associés à l’allègement des structures au sein de leur véhicule. L’introduction des matériaux composites dans le développement et la production de pièces structurantes est envisagée comme étant une des solutions les plus efficaces à moyen et long terme. L’optimisation des coûts matière, caractéristique de cette industrie de masse, nécessite de maîtriser le comportement physique de matériaux composites à matrice thermoplastique et à fibres de verre continues tissées. En termes de coût et de variétés d’applications, ces derniers sont considérés aujourd’hui comme une alternative pertinente aux onéreux composites utilisés dans l’aéronautique. Un renfort de porte pour crash latéral a été ainsi développé et les travaux présentés dans cette thèse sont une contribution à la compréhension, la caractérisation et à la prédiction numérique du comportement jusqu’à rupture de cette pièce, qui lors d’un crash est soumise à de forts gradients de vitesses. Au regard de l’absence de normalisation ou de consensus liés aux essais dynamiques sur matériaux composites, nous proposons une procédure expérimentale robuste, garantissant la représentativité de la caractérisation du comportement sur un spectre de vitesses quasi-statiques et dynamiques. La validation des étapes de la procédure et l’utilisation d’un montage d’essais dynamiques développé dans ces travaux permettent d’aboutir à une base de données riche, et utile à une procédure d’identification des paramètres d’un modèle phénoménologique prenant en compte l’influence de la vitesse sur l’évolution des phénomènes dissipatifs jusqu’à rupture. Fort d’une identification majoritairement directe, la précision de la réponse numérique issue de la loi de comportement identifiée est évaluée et validée à l’aide de calculs de structures faisant intervenir d’importants gradients matériels et structurels. / Car manufacturers are looking for solutions to lighten their vehicles in order to meet pollutant emission requirements – for thermal engines – or to extend their range – for electric vehicles. Composite materials, among other solutions, offer excellent strength and durability. However increased per unit cost and manufacturing time are among the main drawbacks material producers have to overcome in order to make composite solutions viable for mass-market production. In that prospect, woven glass fibers and thermoplastic matrices respectively are more serious contenders than aeronautic-grade composites. The objective application is a door reinforcement module, whose main function is to act as a safety net, adding its own stiffness and strength to that of the steel door and preventing any foreign object from entering the passenger compartment. A main preoccupation is therefore the constitutive behavior of that material under strain rates varying from 10-3 s-1 to approximately 50 s-1. The study objective is to develop a physically-based constitutive law modelling in order to take into account strain-rate sensitivity on behavior. A new and consistent experimental procedure aiming at capturing the influence of speed solicitation on non-linear internal mechanisms is developed and allows identifying non-linear constitutive law parameters over a wide range of strain rates until failure. Resulting mainly from direct evaluations and direct identification procedure, the accuracy of the implemented constitutive law is guaranteed through numerical computations involving effects of material and structural heterogeneities.

Cette thèse a pour objectif l"établissement de méthodes numériques pour l'optimisation multi-objectif de structures soumises à des facteurs incertains. Au cœur de ce travail, nous nous sommes focalisés sur l'adaptation du chaos polynomial pour l'évaluation non intrusive de la part de l'incertain. Pour atteindre l'objectif fixé, nous sommes confrontés à deux verrous : l'un concerne les coûts élevés de calcul d'une simulation unitaire par éléments finis, l'autre sa précision limitée. Afin de limiter la charge de calcul pour la construction du chaos polynomial, nous nous sommes concentrés sur la construction d'un chaos polynomial creux. Nous avons également développé un programme d’échantillonnage basé sur l’hypercube latin personnalisé prenant en compte la précision limitée de la simulation. Du point de vue de la modélisation nous avons proposé une approche multi-fidèle impliquant une hiérarchie de modèles allant des simulations par éléments finis complètes jusqu'aux surfaces de réponses en passant par la réduction de modèles basés sur la physique. Enfin, nous avons étudié l'optimisation multi-objectif de structures sous incertitudes. Nous avons étendu le modèle PCE des fonctions objectif à la prise en compte des variables déterministes de conception. Nous avons illustré notre travail sur des exemples d'emboutissage et sur la conception optimale des structures en treillis. / This thesis aims at Multi-Objective Optimization under Uncertainty in structural design. We investigate Polynomial Chaos Expansion (PCE) surrogates which require extensive training sets. We then face two issues: high computational costs of an individual Finite Element simulation and its limited precision. From numerical point of view and in order to limit the computational expense of the PCE construction we particularly focus on sparse PCE schemes. We also develop a custom Latin Hypercube Sampling scheme taking into account the finite precision of the simulation. From the modeling point of view,we propose a multifidelity approach involving a hierarchy of models ranging from full scale simulations through reduced order physics up to response surfaces. Finally, we investigate multiobjective optimization of structures under uncertainty. We extend the PCE model of design objectives by taking into account the design variables. We illustrate our work with examples in sheet metal forming and optimal design of truss structures.

La thèse s’inscrit dans un axe de recherche visant à améliorer l’analyse par éléments finis (EF) des structures aéronautiques soumises au crash et à l’impact. L’étude s’intéresse, en particulier, à la modélisation des assemblages rivetés dans les calculs de structures, qui sont des zones de concentrations de contraintes propices à l’initiation de ruptures. Si la rupture de la fixation est maîtrisée, les modes de rupture dus aux perforations sont, quant à eux, difficiles à simuler dans un calcul sur structure complète. Afin de prendre en compte avec précision l’influence des perforations sur la réponse mécanique de telles structures, un super-élément perforé à 8 nœuds a été formulé lors d’une précédente thèse. Cependant, sa frontière interne est analytique et libre de chargement, ce qui rend difficile la connexion avec un élément rivet, et donc la modélisation de l’assemblage. L’étude proposée ici consiste donc à développer un super-élément perforé qui soit capable de tenir compte de l’influence de la perforation sur les champs mécaniques, d’une part, et qui soit formulé de façon à rendre possible l’interaction avec un macro-élément rivet, d’autre part. / The thesis is made in a context which consists in improving the finite element (FE) analysis of full-scale aircraft structures subjected to crash and impact loadings. The study is focused, in particular, on the rivetedassemblies modeling in structural computations, which are stress concentrations areas where ruptures initiation can occur. If the fastener rupture is mastered, the rupture modes due to perforations are, however, difficult to simulate in a complete structure computation. In order to accurately take into account the perforations influence on the mechanical response of such structures, a perforated super-element featuring 8 nodes have been formulated in a previous thesis. Nevertheless, its internal boundary is analytic and free of loads, which makes difficult the connection with a rivet element, and consequently the assembly modeling. The study proposed here consists in the developement of a perforated super-element which is, on the one hand, able to take into account the perforation influence on the mechanical fields, and which is, on the other hand, formulated such as the interaction with a rivet macro-element is possible.

Les propriétés spectroscopiques du cuivre monovalent ont été étudiées dans deux familles de matériaux oxygénés.<br />Deux types de verres borate et phosphate, de composition nominales LaMgB5O10:Cu+ et LiLaP4O12:Cu+ ont été caractérisés, essentiellement par spectroscopie UV-visible et par EXAFS. Des tests d'émission laser ont été effectués sur un échantillon de verre borate.<br />Trois matériaux-modèle fortement concentrés en cuivre, dans lesquels cet élément adopte une coordinence linéaire par rapport à l'oxygène, ont fait l'objet de tentatives de modélisation visant à corréler structure et propriétés de spectroscopie optique. Il s'agit des delafossites CuLaO2 et CuYO2 ainsi que du phosphate CuTh2(PO4)3. Des calculs de structures de bandes ont été effectués pour les composés CuLaO2 et CuYO2 par les méthodes ASW et HÜCKEL ETENDUE. L'étude spectroscopique de CuTh2(PO4)3 a été étendue à la solution solide Na1-xCuxTh2(PO4)3 (0 < x < 0,25).

Les techniques de renforcement de structures en béton armé (BA) par collage de polymères renforcés de fibres (PRF) trouvent un important champ d'applications dans le renforcement des poteaux en BA. Le chemisage par PRF confine le noyau du poteau et permet d'augmenter sa résistance et sa ductilité. Bien que de nombreux travaux expérimentaux aient été consacrés à l'étude de l'effet de confinement du PRF sur le comportement des poteaux en BA, la réalisation d'une simulation réaliste de la réponse structurelle de tels éléments présente de nombreuses difficultés liées aux modèles de comportement peu appropriés à reproduire précisément la réponse mécanique du béton confiné. Dans cette recherche, un modèle de comportement élasto-plastique endommageable est développé pour reproduire la réponse mécanique du béton sollicité suivant un chemin triaxial de contraintes. Ce modèle prend en compte différents mécanismes de comportement du béton tels que les déformations irréversibles, l'endommagement dû à la microfissuration, la sensibilité au confinement et les caractéristiques de dilatation. Un processus d'identification des paramètres du modèle est proposé sur la base d'essais classiques. La validation de ce modèle est ensuite démontrée en comparant des résultats de simulations à des données expérimentales de la littérature sur des bétons confinés activement puis des bétons confinés par des PRF présentant une large gamme de rigidité. Le modèle proposé est également comparé à différentes modélisations de la littérature. Les capacités du modèle sont illustrées et analysées sur des applications tridimensionnelles de poteaux en BA de taille réelle, non confinés et confinés par PRF. / For the past two decades, externally bonded Fiber Reinforced Polymers (FRP) has gained much popularity for seismic rehabilitation of reinforced concrete (RC) columns. In this technique, FRP wrap installed on the surface of a column acts as lateral confinement and enhance the strength and deformation capacity of the concrete element. Although many experimental works have been devoted to the study of confining effect of FRP on the behavior of RC columns, the numerical simulation of FRP-jacketed RC columns remains a challenging issue due to the lack of appropriate constitutive model for confined concrete. In this study, a damage plastic model is developed to predict the behavior of concrete under triaxial stress states. The proposed model takes into account different material behavior such as irreversible strain, damage due to microcracking, confinement sensitivity and dilation characteristic. A straightforward identification process of all model’s parameters is then presented. The identification process is applied to different normal strength concrete. The validity of the model is then demonstrated through confrontation of experimental data with simulations considering active confined concrete and FRP confined concrete with a wide range of confinement stiffness. The proposed constitutive model is also compared with other models from the literature and the distinguishing features of this new model are discussed. Furthermore, the capacity of the model in the three-dimensional finite element analysis of full-scale RC columns is demonstrate and discussed.