Les travaux présentés dans ce manuscrit sont axés sur la caractérisation et l'analyse des mécanismes de défaillances qui apparaissent dans une nouvelle famille de composants microondes : les MEMS-RF (Systèmes Micro-Electro-Mécanique RadioFréquence). Si ces composants ont rapidement suscité beaucoup d'espoirs pour résoudre un grand nombre de verrous concernant les nouvelles architectures de communication, il est apparu que la fiabilité de ces composants a énormément ralenti leur développement industriel. De plus, ces micro-commutateurs résultent d'un couplage multi-physique qui a ajouté une forte complexité et une difficulté de compréhension de leur fonctionnement et donc leur fiabilité. Actuellement, de nombreux et intenses efforts sont réalisés par la communauté scientifique (universitaire et industrielle), car ce sujet reste ouvert à de nombreuses questions et problèmes non résolues. Ce document se propose d'apporter une contribution sur ce sujet à la fois sur le plan expérimental, théorique et technologique.

Le travail s'intéresse aux effets de l'histoire de chargement sur le comportement et la durée de vie en fatigue de deux nuances (THYSSEN et CLI)d'un acier inoxydable austénitique 304L à la température ambiante. Les essais ont été réalisés en utilisant deux catégories d'éprouvettes. Les éprouvettes de la première catégorie (vierges) ont été soumises à des essais classiques de fatigue,alors que celles de la deuxième ont subi, avant les essais de fatigue, un pré-écrouissage monotone ou cyclique en déformation imposée. Les éprouvettes vierges manifestent un adoucissement cyclique suivi d'un durcissement cyclique alors que les éprouvettes pré-écrouies ne présentent qu'un durcissement cyclique. Les résultats montrent une grande influence du pré-écrouissage qui semble bénéfique en contrainte imposée, mais néfaste en déformation imposée,même en présence d'une contrainte moyenne de compression. Ces résultats sont discutés en termes d'évolution cyclique du module d'élasticité, des écrouissages isotropes et cinématiques, et de la densité d'énergie absorbées par cycle, dans différentes configurations : avec ou sans pré-écrouissage, en contrainte ou déformation imposées...

Ce mémoire de thèse s'intéresse au comportement du béton sous chargement triaxial sévère. L'étude est réalisée dans le contexte plus général de la compréhension du comportement du béton sous impact, ce qui induit des états de contraintes triaxiales de très haute intensité. Afin de reproduire des niveaux de contraintes très élevés avec des chemins de chargement bien contrôlés, des essais triaxiaux statiques sont réalisés sur des échantillons de béton au moyen d'une presse triaxiale de très grande capacité. Nous nous sommes intéressés à l'influence des granulats, qui occupent environ 40% du volume du béton. Plus précisément, les effets de la forme et de la composition chimique des granulats sont étudiés pour des compression triaxiale entre 0 et 650 MPa de confinement . On considère à la fois la réponse macroscopique et les modes de rupture. La forme des granulats semble peu influencer le comportement du béton, alors que les effets de leur composition sont assez importants, quelque soit le confinement. La deuxième partie de la thèse est consacrée à une modélisation numérique du béton. L'objectif principal de ce travail numérique est de développer un modèle très simple en termes de lois d'interaction et d'introduire l'hétérogénéité du béton au niveau mésoscopique. Un modèle mésoscopique du béton est ainsi établi dans le cadre des éléments discrets. On étudie l'influence des propriétés des granulats et de l'interface graulats/mortier sur les courbes contrainte-déformation et les mécanismes d'endommagement. D'autre part, l'influence des vides est étudiée en utilisant des échantillons mono-phasiques avec différentes caractéristiques des vides. Un comportement complexe non linéaire, résultant de la présence, des vides est observé. Par ailleurs, les résultats numériques complètent, et permettent de mieux comprendre, les résultats expérimentaux. / This PhD thesis focuses on identifying concrete behavior under high triaxial loading. The study is carried out within a more general context of understanding the behavior of concrete under impact, which induces very high-intensity triaxial stress states. In order to reproduce very high stress levels with well-controlled loading paths, static triaxial tests are carried out on concrete samples by means of a very high-capacity triaxial press. We are interested in the influence of coarse aggregates, which occupy approximately 40% of the concrete volume. More specifically, the effects of coarse aggregate shape and composition on concrete behavior for triaxial compression tests ranging from 0 to 650 MPa of confinement are investigated. Both macroscopic response and failure patterns are concerned. Coarse aggregate shape seems to have only a slight influence on concrete behavior while the effects of coarse aggregate composition are quite important over whole range of confining pressures. The second part of the thesis is devoted to a numerical modeling of concrete. The main objective of this numerical work is to develop a very simple model in terms of interaction laws and introduce concrete heterogeneity at the mesoscopic level. A mesoscopic model of concrete is thus established within the discrete element framework. The effects of coarse aggregate and aggregate/mortar interface properties on the stress-strain curves and damage mechanisms in a concrete sample are investigated. On the other hand, the influence of voids is studied using one-phase samples having different void properties. A complex, nonlinear behavior of a numerical specimen arising from the void structuring is observed. The numerical results complete and allow better understanding of experimental observations.

Ce mémoire de thèse traite de l'influence de la porosité et de l'eau libre qu'elle est susceptible de contenir sur le comportement du béton sous sollicitations sévères. Ces travaux s'inscrivent dans le cadre d'étude plus général de la vulnérabilité des ouvrages massifs en béton armé. Dans ce contexte on s'intéresse particulièrement au comportement du matériau et des structures sous impact. Le laboratoire 3SR dispose d'une presse triaxiale de grande capacité, baptisée GIGA, permettant d'atteindre des niveaux de contrainte de l'ordre du GPa , appliqués de manière quasi-statique, sur des échantillons de béton. Des études expérimentales sur un béton de référence (R30A7) montrent l'influence majeure de l'eau sur le comportement du béton fortement confiné (VU, 2009). Ces mêmes travaux montrent par ailleurs que l'influence du rapport Eau/Ciment, importante en compression simple diminue avec l'augmentation du confinement. Le premier objectif de ces travaux de thèse est de mieux comprendre l'effet de la porosité sur le comportement du béton sous forts confinements. Dans cette optique deux bétons sont formulés. L'un avec une porosité diminuée par rapport au béton de référence R30A7 et l'autre avec un porosité plus importante. Les résultats des campagnes d'essais montrent qu'effectivement la porosité ne joue plus de rôle prépondérant à forts confinements (400 MPa) sur la résistance du béton. En revanche la déformabilité du béton reste dépendante de la porosité globale du matériau. Le deuxième objectifs de cette thèse est d'approfondir la connaissance des effets de l'eau sur le comportement du béton. Pour cela, des essais sur les deux bétons saturés précédemment formulés sont réalisés. Les résultats montrent les mêmes effets de l'eau que ceux observés sur le R30A7 mais influencés également par la porosité du matériau. Des essais sur béton humides sont également réalisés afin de compléter cette étude. Enfin, cette thèse propose le développement d'essais triaxiaux avec mesure de la pression interstitielle et le développement d'un capteur de déformation radiale adapté aux essais sous forts confinements. / This thesis deals with the influence of the porosity and the saturation ratio on concrete behavior under severe stress. This work is part of a more general study of the vulnerability of massive reinforced concrete frame. In this context, studies focuses particularly on the behavior of the material and structures under impact. 3SR laboratory has a large capacity triaxial press, called GIGA, to achieve stress levels of the order of GPa, applied quasi-statically on concrete samples. Experimental studies on a reference concrete (R30A7) show the major influence of water on the behavior of highly confined concrete (VU, 2009). These same studies also show that the influence of Water/Cement ratio, high in simple compression test, decreases with increasing confinement. The first objective of this thesis is to better understand the effect of porosity on the behavior of concrete under high confinement. In this context two concretes are formulated. One with a reduced porosity relative to the reference concrete R30A7, and the other one with a greater porosity. The results of test campaigns show that the porosity don't play an important role under strong confinement (400 MPa). At the other hand, the deformability of the concrete remains dependent on the overall porosity of the material. The second objective of this thesis is to improve the knowledge of the effects of water on the behavior of concrete. For this, test on both saturated concrete made previously, are carried out. The results show the same effects of water than those observed on the R30A7 but also influenced by the porosity of the material. Tests on wet concrete are made to complete this study. Finally, this thesis proposes the development of triaxial tests with measurement of pore pressure and the development of a radial stress sensor specially adpated for strong confinement.

L'étude de l'os est d'un intérêt majeur en Anthropologie. Constituant la charpente des vertébrés, le squelette est le reflet de l'activité motrice. En effet, chaque élément du squelette a une fonction dictée par sa forme et un rôle autorisé par sa morphologie. C'est l'illustration la plus visible de l'adaptation. Ce processus est largement étudié dans la lignée humaine et ce dogme est au cœur de nombreuses recherches en Anthropobiologie. Ces caractères sont inscrits dans la forme de l'os. Chaque courbure, apophyse ou crête témoignent au moins en partie de l'action d'un muscle ou d'une fonction dictée par un lent processus évolutif voire adaptatif. Cette évolution se fait par l'évolution de caractères externes de l'os par sa forme ou l'anatomie " visible " d'une part et par l'évolution de caractères plus internes, subtils et directement lié aux propriétés biomécaniques de l'os à savoir l'os trabéculaire. L'os trabéculaire est un matériau plus fragile, déformable que l'os cortical. Il constitue une trace indirecte des contraintes appliquées squelette. C'est ainsi que les activités locomotrices, alimentaires ou occupationnelle seront inscrite dans l'endostructure osseuse. C'est la théorie développée par Wolff dès 1870 dans " The law of bone remodelling ". Il développa cette conception d'un processus actif, évolutif par l'observation macroscopique des travées de l'extrémité supérieure du fémur chez l'homme. Si la contrainte exercée sur un os en particulier augmente, il va se remodeler pour devenir plus rigide et résister à la charge dans ce segment d'os particulier et pour cette force particulière de contrainte. Nous avons étudié cette théorie sur deux modèles chez le vivant au niveau du membre supérieur et au niveau du membre inférieur pour caractériser les contraintes asymétriques appliquées à l'os trabéculaires. La latéralité ou préférence manuelle est un exemple d'activité asymétrique. Ses effets sur l'os sont bien connus lors de la pratique de sports intensifs ou d'activités très latéralisées. Cependant peu de données existent sur les activités usuelles et la préférence manuelle de l'homme jeune sans activité particulière. Par une étude en microscanner avec des coupes de 41 microns, des volumes d'intérêt dans les os du squelette carpien radial ont été réalisés sur des individus d'âge jeune sans antécédent particulier de façon bilatérale. Plusieurs variables cliniques et anthropométriques ont également été recueillis. Nous avons pu mettre en évidence des caractères endostructuraux expliquant la variabilité interindividuelles en les comparant avec des éléments anthropomorphiques et la force de serrage manuelle. Par ailleurs, les défauts d'axe en varus ou en valgus exercent des contraintes asymétriques également sur les articulations portantes. La chirurgie prothétique du genou croit ces dernières années de façon exponentielle par un effet conjoint de l'amélioration des techniques, et l'augmentation de l'incidence de l'arthrose. / The study of bone is of major interest in Anthropology. The skeleton is an image of motor activity. Indeed, every element of the skeleton has a function dictated by its shape and role and then by its morphology. This illustrates the most visible adaptation of the bone. This process is widely studied in the human lineage. This theory is an important path of research in Anthropology. These characters are inscribed in the shape of the bone. Each curve, or crest reflect the action of a muscle or a function dictated by a slow evolutionary process. This change is by changing external characteristics of the bone by its form or anatomy "visible" on the one hand and by the evolution of more internal character, subtle and directly related to the biomechanical properties of bone namely trabecular bone. Trabecular bone is a more brittle material, deformable than cortical bone. It is an indirect trace of the stresses applied to the bone. Thus locomotion, feeding or occupational activities can be analyzed into the bone endostructure. This is the theory developed by Wolff in 1870 in "The law of bone remodeling." He developed this idea of ??an active, evolving process by macroscopic observation of the spans of the proximal femur in humans. If the stress on a particular bone increases, it will remodel to become more rigid and withstand the load in that particular bone segment and for this particular force of constraint. We studied this theory on two models in the living human being. One concerned the upper limb and the second the lower limb to characterize asymmetrical forces on trabecular bone. Laterality or handedness is an example of asymmetrical activity. Its effects on bone are well known in the practice of intensive sports or very lateralized activities. However, little data exist on the usual activities and the handedness of the young man with no particular activity. We performed a microCT study with cuts 41 microns slices. Volumes of interest in radial carpal bones were performed on both sides on young human adults without particular medical history. Several clinical and anthropometric variables were also collected. We were able to highlight endostructural patterns explaining the interindividual variability in comparison with anthropometric parameters and crush or pinch grip. Furthermore, axis deviations in varus or valgus exert asymmetric constraints also on weight-bearing joints. The prosthetic knee surgery increases exponentially in the last decades by a combined effect of improved techniques and the increased incidence of osteoarthritis. The OA is multifactorial but the weight has a major effect on cartilage wear. We further know that the morphology and deformation of members influence this phenomenon. We wanted to characterize the response of the bone to endostructure these asymmetrical stresses on the tibial plateau. We collected tibial plateaus during total joint replacement surgeries for knee and compare the bone under chondral internal and external with microCT 7.4 micron slices. Some parameters highlight the major effect weight and body mass such as bone volume fraction BV/TV, structure model index SMI, trabecular space Tb. and trabecular number Tb.N. Subchondral densification during osteoarthritis is associated with a reduction in its elastic modulus, which could increase cartilage stress, and accelerate cartilage loss.

Abstract : The construction industry is expressing great demand for innovative and durable structural members such as bridge decks and piers, piling, and poles. Many steel-reinforced concrete structures subjected to de-icing salts and marine environments require extensive and expensive maintenance. Fiber-reinforced polymers (FRPs) have recently gained wide acceptance as a viable construction material for repair, rehabilitation, or new construction of the aging infrastructures particularly those exposed to harsh environment conditions. The promising concept of concrete-filled FRP tube (CFFT) system, that may be further reinforced with steel or FRP bars, has raised great interest amongst researchers in the last decade. The CFFT technique has been used successfully in different concrete structure elements such as pier column and girder for bridges and also as fender piles in marine structures. The FRP tube acts as a stay-in-place structural formwork, a noncorrosive reinforcement for the concrete for flexure and shear, provides confinement to the concrete in compression, and the contained concrete is protected from intrusion of moisture with corrosive agents that could otherwise deteriorate the concrete core. Using FRP bars instead of conventional steel bars in the CFFT columns can provide a step forward to develop a promising totally corrosion-free new structural system. Nonetheless, the axial behaviour of FRP bars as longitudinal reinforcement in compression members has yet to be explored, especially for the CFFT columns. To date, most of the experimental investigations performed on FRP confined concrete columns have considered short, unreinforced, small-scale concrete cylinders, tested under concentric, monotonic, and axial load. The slenderness ratio, internal longitudinal reinforcement type (steel or FRP bars), and axial cyclic loading effects on the behaviour of FRP confined concrete long columns, however, have received only limited research attention. To address such knowledge gaps, this study aimed at investigating the behaviour of the CFFT long columns internally reinforced with steel or FRP bars tested under monotonic and cyclic axial loading. A total of ten reinforced concrete (RC) and CFFT columns were constructed and tested until failure. All columns had 1900-mm in height and 213-mm in diameter. The investigated parameters were: i) the effect of internal reinforcement type (steel, glass FRP (GFRP), or carbon FRP (CFRP)) and amount, ii) GFRP tube thicknesses, and iii) nature of loading (i.e. monotonic and cyclic). The effect of the different parameters on the axial behaviour of the tested columns is presented and discussed. The research work presented in this dissertation has resulted in one paper submitted to the Elsevier Journal of Engineering Structures (manuscript ID: ENGSTRUCT-D-15-01381) and one accepted conference paper submitted to the 5 th International Structural Specialty Conference (CSCE 2016), London, Ontario, June 1st - 4th, 2016. The experimental test results showed that the CFFT columns reinforced with GFRP bars exhibited similar responses compared to their counterparts reinforced with steel bars with no significant difference in terms of ultimate axial strength and strain capacities. The GFRP tubes provided significant confinement of the tested specimens attributing to shift the mode of failure from axially dominated material failure to flexural-dominated instability failure. The results also indicated that the plastic strains of the FRP-reinforced CFFT columns was linearly proportional to the envelop unloading strains (εun,env). The relationship depended little on level of confinement, but strongly on the longitudinal reinforcement amount and type, particularly when εun,env > 0.0035. On the other hand, an analytical investigation was conducted to examine the validity of the available design provisions for predicting the ultimate load capacity of tested columns. The results of the analysis were compared with the experimental values. It was found that the ACI 440.R1 (2015), CSA S806 (2012), and CSA S6-06 (2010) design provisions provided higher conservative results for the GFRP-reinforced control specimens than that of steel-reinforced specimen. This might be due to neglecting the contribution of the compressive resistance of the GFRP bars to the axial carrying capacity. Furthermore, for FRP-reinforced CFFT columns, the ACI 440.2R (2008), CSA S806 (2012), and CSA S6-06 (2010) provisions results over the experimental results were an average of 1.68±0.31, 1.57±0.18, and 1.72±0.35 with a COV of 18.4%, 11.3%, and 20.5%, respectively. By considering the confinement codes limits, the CSA S806 (2012) showed better correlation for the ultimate carrying capacity based on the average than the CSA S6-06 (2010) and ACI 440.2R (2008), particularly for specimens cast with tube Type B. / Résumé : L'industrie de la construction exprime une grande demande pour les structures innovantes et durables tels que les tabliers de ponts et les quais, les pieux et les poteaux. Plusieurs structures en béton armé sont soumises à des sels de déglaçage et à des environnements marins qui exigent un entretien coûteux. Les polymères renforcés de fibres (PRF) ont récemment été reconnus en tant que matériau de construction viable pour la réparation, la réhabilitation ou la construction de nouvelles infrastructures vieillissantes en particulier celles exposées à des conditions d'environnement sévères. Le concept prometteur du système de tube rempli de béton PRF (CFFT), qui peut être encore renforcé avec de l'acier ou des barres en PRF, a amorcé un grand intérêt parmi les chercheurs durant la dernière décennie. La technique CFFT a été utilisée avec succès dans les différents éléments de structure en béton tels que les colonnes et les poutres de ponts et aussi comme des pieux pour les structures marines. Le tube en PRF agit comme un coffrage structural sur place, un renforcement non corrosif pour le béton en flexion et au cisaillement en utilisant l'orientation des fibres multidirectionnelle, fournit un confinement au béton en compression, et le béton est protégé de toute intrusion d'humidité des agents corrosifs qui, autrement, pourraient détériorer le noyau de béton (ACI 440. R-07 (2007)). L’utilisation des barres de PRF au lieu de barres d'acier conventionnelles dans les colonnes CFFT peut fournir un pas en avant pour développer un nouveau système structurel. Néanmoins, le comportement axial des barres en PRF comme armatures longitudinales dans les membrures en compression n'a pas encore été exploré, en particulier pour les colonnes CFFT. À ce jour, la plupart des études expérimentales effectuées sur les colonnes en béton confinés de PRF, ont considéré des cylindres en béton, courts, à petite échelle non armés, et testés sous un charge concentrique, monotone, et axiale. Le rapport d'élancement, le renfort longitudinal interne (acier ou barres en PRF), et les effets du chargement axial cyclique sur le comportement des colonnes élancées de béton confinés et en PRF, ont connu une recherche limitée. Pour combler ce manque de connaissance, cette étude vise à étudier le comportement des colonnes élancées CFFT armé en acier ou en barres de PRF testées sous charges axiales monotones et cycliques. Un total de dix colonnes en béton armé (RC) et CFFT été fabriquées et testées jusqu'à la rupture. Toutes les colonnes ont 1900 mm de hauteur et 213 mm de diamètre. Les paramètres étudiés sont les suivants: i) l'effet de type de renforcement interne et la quantité de renforcement, ii) les épaisseurs de tubes PRV, et iii) le type de chargement (monotone et cyclique). L'effet des variables considérées sur le comportement axial des colonnes testées dans le travail expérimental est présenté et discuté. Le travail de recherche présenté dans cette analyse a fait l’objet d’un article scientifique soumis à Elsevier Journal of Engineering Structures (manuscrit ID: ENGSTRUCT-D-15-01381) et un article lors d’une conférence acceptée soumis à la 5ième International Structural Specialty Conference (CSCE 2016), London, Ontario, Juin 1er - 4ième, 2016. Les résultats des essais expérimentaux ont montré que les colonnes CFFT renforcées de barres en PRFV présentaient des réponses similaires par rapport à leurs homologues renforcées avec des barres d'acier sans différence significative en termes de capacité ultime de résistance axiale et de déformation. Les tubes en PRFV fournissent un confinement significatif des échantillons testés attribuant à changer le mode de rupture, c’est-à-dire d’une rupture des matériaux axialement à une rupture d’instabilité en flexion. En outre, l'augmentation de l'épaisseur du tube en PRFV de 2,9 à 6,4 mm améliore les rapports de résistance et de déformation de 25 % et 12 %, respectivement. Les résultats indiquent également que les déformations plastiques des colonnes renforcées de PRF sont linéairement proportionnelles aux enveloppes de tension de déchargement (εde,env). La relation dépend un peu du niveau de confinement, mais fortement de la quantité et du type de renfort longitudinal, en particulier lorsque εde,env > 0,0035. D'autre part, une investigation a été menée pour examiner la validité des dispositions de conception disponibles pour prédire la capacité de la charge ultime des colonnes testées. Les résultats de l'analyse ont été comparés avec les valeurs expérimentales. Il a été constaté que les prévisions de l'ACI 440.R1 (2015), CSA S806 (2012), et CSA S6-06 (2010) ont fourni des résultats conservateurs plus élevés pour les échantillons de contrôle en PRFV que celui de l'échantillon d'acier. Cela peut être dû à la négligence de la contribution de la résistance à la compression des barres de PRFV à la capacité de charge axiale. En outre, pour les colonnes de CFFT renforcées de PRF, les prévisions de l'ACI 440.2R (2008), du CSA S806 (2012), et du CSA S6-06 (2010) étaient de 1,68 ± 0,31, 1,57 ± 0,18 et 1,72 ± 0,35 avec un COV de 18,4 %, 11,3%, et 20,5%, respectivement. En considérant les limites des codes de confinement, le code CSA S806 (2012) a révélé les meilleures prévisions pour la capacité de charge ultime basée sur la moyenne que celui du code CSA S6-06 (2010) et de l’ACI 440.2R (2008), en particulier pour les échantillons réalisés avec des tubes de Type B.

Lors d'un accident de voiture, l'abdomen peut être soumis à des chargements rapides pouvant entrainer des blessures des organes abdominaux. Bien que les modèles éléments-finis humains soient de plus en plus utilisés pour la prédiction de ces blessures pendant un choc, la validation de leur comportement interne reste difficile en particulier à cause d'un manque de données expérimentales disponibles. En effet, la vitesse de tels chargements ne permet pas d'utiliser des moyens d'imagerie « classiques » tel que l'IRM. Basé sur une récente technique d'imagerie (échographie ultra-rapide), ce travail porte sur l'étude du comportement interne de l'abdomen pendant un chargement rapide. D'une part, des essais de chargement rapides ont été menés sur sujet cadavérique permettant de mettre en évidence des relations entre le chargement externe et la cinématique interne du foie. Ces essais ont été simulés en utilisant un modèle humain existant et des tendances similaires ont pu être observées pour certains des résultats expérimentaux. D'autre part, afin d'aider à l'exploitation des données échographiques dans ce contexte, une méthode numérique a été développée permettant de calculer des cartes de déformations d'organe à partir d'images échographique ultra-rapide. Cette méthode a d'abord été évaluée numériquement et expérimentalement. Puis elle été appliquée à des images échographiques de reins isolés soumis à des chargements rapides (humain et porc) issus d'une précédente étude permettant de mettre en évidence l'influence de paramètres tels que la vitesse sur les déformations 2D des différentes régions de l'organe. Dans l'ensemble, ces travaux ont permis de progresser sur la connaissance de la réponse de l'abdomen au choc, et de mettre en évidence les limites de performances des modèles actuels de l'être humain. La méthodologie développée afin de calculer les cartes de déformation devrait aider à renforcer ces connaissances dans le futur / During an automotive accident, the abdomen can be subjected to rapid loading leading to abdominal organ injuries. Although human body models become increasingly prevalent to predict injuries during an impact, the validation of their internal response is difficult, in particular due to the lack of data available. Such impact last less than ten milliseconds making the use of standard imaging (e.g. MRI) tools difficult. Based on a recent imaging modality (ultrafast ultrasound imaging), this work focuses on the study of the internal response of the abdomen during an impact. The in situ internal response of abdominal organs (liver, colon) was observed during impacts delivered to post mortem human surrogates. For the first time, trends were found between the external response and the internal organ kinematics. These tests were simulated using an existing human body model leading to similar trends for some of the responses. Also, a method was developed allowing estimating 2D strains in organs during an impact based on ultrafast ultrasound images. This method was first evaluated numerically and experimentally. Then, it was used to process images of human and porcine kidneys during an impact from a previous study. Results highlight the influence of parameters such as the impact speed on the 2D strains estimated in different organ regions.Overall, this research allowed improving upon the current knowledge on the internal response of the abdomen subjected to impact. It also showed the performance limitation of current human body models. The method developed to compute strain maps should help to further improve that knowledge in the future

Reliant le moteur à turboréacteur à la voilure de l’avion, le mât-réacteur est une véritable « pièce maitresse » de l’avion. En effet, il transmet tous les efforts de l’avion au moteur. Il est soumis à des variations de températures allant de -40°C en croisière à290°C voir 400°C lors des phases de décollage. En plus, le mât-réacteur est à la merci de contraintes vibratoires très élevées qui,n’étant pas correctement maitrisées lors des analyses en tolérances aux dommages, peuvent conduire à la ruine de l’appareil. Entre290°C et 400°C, la martensite constitutive des composants en acier inoxydable martensitique durci par précipitation (15-5PH) du mât-réacteur, subit donc un vieillissement par transformation microstructurale. Ce vieillissement a un impact considérable sur les propriétés mécaniques, à savoir à une augmentation de la limite d’élasticité et de la contrainte à rupture aux dépens d’une réduction drastique de la ténacité et la ductilité. Afin de compléter la caractérisation des effets du vieillissement sur les propriétés mécaniques tout en considérant que ces structures sont dimensionnées suivant un principe de tolérance aux dommages, l’objectif de ce travail est d’étudier la résistance à la fissuration par fatigue de cet acier en fonction du vieillissement et de la température d’essai. La démarche adoptée repose sur une connaissance des comportements monotone et cyclique pour analyser les mécanismes en fissuration. Des essais de comportement cyclique ont ainsi été effectués à la température ambiante et à 300°C à différents niveaux de déformation imposés, sur l’acier 15-5PH dans son état de réception, puis pour des conditions vieillissement réalisées entre 300°C et 400°C et des temps d’exposition allant jusqu’à 10 000h. Les résultats obtenus mettent en évidence l’absence d’influence du vieillissement sur l’écrouissage cyclique de l’acier 15-5PH, aussi bien à température ambiant qu’à 300°C. Pour la plage de valeurs de ΔK balayée, le comportement en fissuration de l’acier 15-5PH sous amplitude de chargement constante n’est pas modifié par le vieillissement.Cependant, l’étendue du domaine stable de propagation est quant à elle réduite en fonction du degré de vieillissement à température ambiante. Cette réduction est due à la chute de ténacité du matériau avec le vieillissement. Les surfaces de rupture sont majoritairement transgranulaires pour toutes les conditions examinées. Toutefois, les régions proches de la rupture finale de certains états vieillis présentent des îlots de rupture statique à la température ambiante. Ces ilots sont inexistants à 300°C. Par ailleurs, sous l’effet de surcharges répétées, un effet retard sur la vitesse de fissuration a été mis en évidence. Ce retard est fonction à la fois du taux de surcharge, de la période de surcharge, du nombre de surcharge et du rapport de charge du chargement de base, mais est insensible au vieillissement. Par ailleurs, on dénote une fois de plus, une réduction de l’étendue du domaine de propagation stable à température ambiante. Des simulations de la propagation des fissures sous amplitude de chargement variable ont été effectuées à l’aide du modèle incrémental de prévisions de durées de vie en fissuration développé au LMT-Cachan. Les résultats issus de ce modèle ont ensuite fait l’objet d’une comparaison avec le modèle PREFFAS utilisé chez AIRBUS. Le modèle incrémental rend bien compte de certains effets de surcharges répétées. Il se révèle en outre moins conservatif que le modèle PREFFAS. Une méthodologie de prise en compte dans le modèle incrémental des effets de vieillissement fondée sur une équivalence temps/température de type Hollomon-Jaffe est enfin proposée. / Connecting the turbofan engine to the wing of the aircraft, the engine pylon is a true « masterpiece » of the aircraft. Indeed, it transmits all the aircraft engine efforts. It is subject to temperature variations from -40°C in cruise to 290°C-400°C during take off and landing. In addition, the engine pylon is a prey to very high vibratory stresses, which should be properly taken into account during damage tolerances analysis to avoid the loss of the aircraft. Between 290°C and 400°C, the martensite of components in precipitation-hardenable stainless steel (15-5 PH) of engine pylon undergoes microstructural transformation (« ageing »). This ageing has a significant impact on the mechanical properties, characterized by an increase in yield strength and tensile stress and drastic reduction in toughness and ductility. To complete the characterization of the effects of ageing on the mechanical properties while considering that these structures are designed according to a principle of damage tolerance, the aim of this work is to study the fatigue crack growth behavior (FCGB) of this material according to the ageing conditions and the test temperature. The approach is based on knowledge of monotonous and cyclic behavior to analyze the fatigue crack mechanisms. The cyclic behavior tests have been carried out at room temperature and 300°C at different strains imposed levels, on the 15-5PH steel in its as-received and then to the ageing conditions realized, between 300°C and 400°C and exposure times of up to 10 000h. The results highlight the lack of influence of ageing on the cyclic hardening of 15-5 PH steel, both at room temperature to 300°C. For the range of ΔK values tested, the FCGB of the 15-5PH steel under constant load amplitude is not affected by ageing. However, the extent of the stable propagation domain is itself reduced according to the degree of aging at room temperature. This reduction is due to the fall of fracture toughness due to ageing. The fracture surfaces are mainly transgranular for all conditions examined. However, the areas close to the final rupture ofsome ageing statements present islands indicative of a static failure mode at room temperature. These islands are absent to 300°C.Under the effect of repeated loads, a delayed effect on the crack velocity has been demonstrated. This delay is a function of the overload rate, overload period, the number of overloads and the baseline load ratio, but insensitive to ageing. Furthermore, are duction in the extent of the area stable propagation is also noticed at room temperature. Fatigue crack growth simulations undervariable amplitude loading were made through the incremental model for damage tolerance analysis developed by LMT-Cachan. The model results were then subject to a comparison with the PREFFAS model used at AIRBUS. The incremental model is well aware ofsome of the effects of repeated overloads. It also proves less conservative than the model PREFFAS. For taking account the effects of ageing in the incremental model, simply report the hardening observed on old material, the cyclic hardening parameters are notaffected. A methodology based on time/temperature equivalence provided by Hollomon-Jaffe - and taking into account the effects of ageing in the incremental model is finally proposed.

Ce travail de thèse consiste à identifier les propriétés pétrophysiques et de transfert de roches provenant d’un réservoir de grès « tight » en Afrique du nord exploité par ENGIE EPI. Il s’agit d’identifier les liens entre les propriétés de transfert, les propriétés poro-mécanique, la sensibilité au chargement mécanique ou à la saturation en eau, et quelques indicateurs comme la porosité, la distribution des tailles de pores, la perméabilité intrinsèque, les caractéristiques pétrographiques etc. Le but est de pouvoir prédire le comportement de matériaux différents de ceux étudiés dans cette thèse, en utilisant des données d’entrée « facilement » accessibles, fournissant ainsi des outils permettant d’évaluer la qualité d’un nouveau réservoir sans passer par une caractérisation exhaustive, longue et couteuse du matériau constituant ce réservoir / This work of thesis focuses on the identification of the petrophysical and transfer properties of rocks originating from a tight sandstone reservoir in North Africa operated by ENGIE EPI. It needs to identify the links between the transfer properties, poro-mechanical properties, sensitivity to mechanical loading or water saturation, and some indications such as porosity, pore size distribution, intrinsic permeability, petrographic features etc. The aim is to predict the behavior of materials that are different from those that studied in this thesis by using the “easily” accessible input data, providing tools for evaluating the quality of a new reservoir without passing through an exhaustive, long and expensive characterization of the material forming this reservoir.

L’essai de chargement d’une pointe pénétrométrique (Cone Loading Test, essai CLT) est un nouvel essai de reconnaissance des sols in situ, qui constitue une amélioration majeure de l’essai de pénétration statique avec une pointe piézocône (CPTu). L’essai de chargement de pointe consiste à interrompre la pénétration classique (EN ISO 22476-1) à une cote souhaitée et à réaliser un chargement par paliers successifs de la pointe jusqu’à la rupture du sol.La courbe de chargement, reliant la pression appliquée sur la pointe au tassement de celle-ci,est riche en renseignements sur la déformabilité des sols. L’essai permet donc une caractérisation améliorée des sols en fournissant des paramètres de déformabilité aussi bien que les paramètres de résistance obtenus lors d’un essai de pénétration statique classique.La validation de la méthode d’essai et de son protocole expérimental, a été effectuée selon trois voies complémentaires : expérimentale, numérique et physique. Au niveau expérimental, plusieurs campagnes d’essais ont été réalisées en choisissant des sites intéressants pour le projet et contenants une importante base de données (essais in situ,au laboratoire, essais de pieux, essais sismiques…) comme le site des argiles des Flandres de Merville, un site sableux à Utrecht aux Pays-Bas, et un site sableux à Limelette en Belgique.Les résultats des différentes campagnes ont montré qu’il est possible d’avoir des courbes de chargement exploitables pour le calcul d’un module de déformation, utilisable et comparable en tout point aux modules obtenus par d’autres types d’essais. L’essai est adapté à un panel de sol très varié. Il est plus représentatif de l’état initial dans le sol que d’autres types d’essais.Par ailleurs les conditions aux limites sont bien maîtrisées.Au niveau numérique, une large étude paramétrique a été menée avec le logiciel Plaxis, pour tester l’influence de la géométrie de la pointe, du type de chargement, du modèle de comportement, des paramètres du sol, ainsi que des conditions initiales et au limite du problème. Des essais CLT ont été également réalisés sur des modèles réduits en centrifugeuse, pour tester l’influence de quelques paramètres comme la vitesse de chargement, la géométrie de l’embout de la pointe, la densité du massif ainsi que le niveau de g. Ces essais ont été associés à des essais de chargement de pieu instrumenté et des essais de fondations superficielles et profondes afin de pouvoir relier les paramètres mécaniques de l’essai CLT au comportement des ouvrages. En considérant que la pointe du pénétromètre est un modèle réduit de pieu, une retombée directe de l’essai CLT est sa capacité d’être un outil de dimensionnement de fondations. A cet effet, une méthode directe utilisant la résistance de pointe et le frottement latéral limite de l’essai CLT a été proposée pour calculer la capacité portante et prédire le tassement d’un pieu.Cette méthode consiste en une nouvelle approche transformant les courbes de chargement et celles de mobilisation de frottement d’un essai CLT point par point en courbe charge-déplacement d’un pieu (courbes t-z). / The Cone Loading Test (CLT) is a new in situ test, which constitutes a major improvement to the piezocone penetration test (CPTu). The cone loading test consists in stopping the penetration (EN ISO 22476-1) at a desired depth, and carrying out a loading of the cone by successive load steps until the ground failure.The obtained loading curve, which relates the pressure applied on the cone in each step, to the cone settlement, is rich in information regarding soil deformability. Therefore, the test allows improved soil characterization by providing deformability parameters as well as the strength parameters obtained during a CPT test.The validation of the cone loading test method was conducted by three complementary approaches: experimental, numerical and physical.Several test campaigns were conducted on different sites such as the Merville site (Flanders clay), and two sandy sites in Utrecht (The Netherlands), and Limelette (Belgium). The results of these campaigns have shown that loading curves can be obtained for a modulus calculation, which is comparable to the other investigation tests moduli. The test is suitable for varied soil types. It is more representative of the initial soil state than other test types. Furthermore the boundary conditions are well controlled.In the numerical approach performed with Plaxis finite element modelling software, an important parametric study was done, in order to test the influence of cone geometry, loading type, behaviour model, soil parameters, initial conditions and boundary problem. CLT tests were also performed on reduced scale models in a geotechnical centrifuge. The objective was to test the influence of some parameters such as the loading rate, the cone geometry, the soil density and the level of g. These tests were associated with instrumented pile loading tests as well as shallow and deep foundation tests in order to link the mechanical parameters of the CLT test to the structures’ behaviour. By considering that the cone penetrometer is a reduced pile model, a very practical and interesting outcome is the potential of the cone loading test to be a foundations dimensioning tool. For this purpose, a direct method using the cone resistance and limit side friction of the CLT was proposed to calculate the bearing capacity, and predict the pile settlement. Thismethod is a new approach transforming the loading curves and those of friction mobilization of a CLT, point by point to a load-settlement curve of a pile (t-z curves).