Les structures aéronautiques peuvent être soumises à des sollicitations sévères telles que les collisions, les impacts de volatiles, etc … Sous l’effet de ces sollicitations rapides, qui du fait de leurs temps caractéristiques très courts limitent les transferts thermiques, le matériau peut dissiper l’énergie dans des zones de déformation localisée qui peuvent conduire à une ruine prématurée de la structure. Le travail de la thèse porte sur la définition d’une méthodologie expérimentale destinée à étudier les conditions de rupture de matériaux à haute résistance à vocation aéronautique consécutives à un endommagement dynamique. Ce travail comprend : •la mise au point d’essais rapides de cisaillement ; •des observations microstructurales des matériaux avant et après sollicitation ; •la simulation numérique des essais. / Aeronautical structures may be submitted to severe loading such as collisions, bird strike, etc. Under dynamic loading, involving quasi adiabatic conditions, the material may dissipate energy within zones of localised deformation wich may lead to the premature failure of the structure. The PhD work aims at defining an experimental methodology devoted to study the conditions of fracture of aeronautical, high strength materials intervening after dynamic damage. Tasks include notably: * definition of dynamic shear tests * microstructural observation of the material before and after loading * numerical simulation * Development of fracture criterion

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

L'utilisation des réseaux de capteurs sans fil (RCSF) croît dans plusieurs domaines, dont celui des espaces intelligents. Dans un espace intelligent, les RCSF sont utilisés puisque les noeuds qui les composent se dissimulent dans l'environnement et consomment très peu d'énergie. Pour l'installation, la maintenance et la gestion des contextes, il est nécessaire de pouvoir reprogrammer un, noeud sans avoir à le redémarrer. Ce projet de recherche vise l'amélioration de la reprogrammation des RCSF en utilisant l'ingénierie logicielle basée sur les composants (ILBC). En utilisant un cadriciel hybride de composants et un format exécutable allégé, les composants dynamiques deviennent utilisables à moindres coûts. Les résultats obtenus lors de ces travaux ont été publiés dans un article de journal. Les travaux de ce projet se divisent en deux volets. Le premier volet est l'optimisation des cadriciels dynamiques de composants. Le problème est que ces derniers demandent trop de ressources et ne sont pas envisageables pour les RCSF. Afin de diminuer la surcharge en taille de l'utilisation de composants dynamiques, un concept de cadriciel hybride de composants' est proposé. Pour valider ce concept, le cadriciel NodeCom est créé et requiert aussi peu de mémoire que Contiki. NodeCom possède un noyau minimal qui est statique alors que les autres composants peuvent être statiques ou dynamiques. Le deuxième volet est l'optimisation de la reprogrammation adaptée aux RCSF avec l'ILBC. C'est en compressant. le format de fichiers exécutable qui contint les composants que la reprogrammation est optimisée. Le chargement dynamique utilisé est accéléré et la consommation énergétique du transfert de composants est diminuée. C'est le format ELF qui est modifié pour partager les composants dynamiques. Pour réduire sa taille, plusieurs sections et symboles peuvent être supprimés en raison des contraintes imposées par l'utilisation de l'ILBC. Puisque les RCSF utilisent majoritairement des microcontrôleurs 8 bits ou 16 bits, les métadonnées 32 bits du format ELF sont converties. La résultante de ces modifications est le format de composants ComELF qui permet d'obtenir des compressions de près de 50 %. À ce format, une description des composants est finalement ajoutée pour permettre une gestion automatique du chargement dynamique.

L’état de l’art réalisé dans le cadre de ce travail a permis d’identifier une grande variété de techniques de réalisation de micropieux avec des comportements effort-déformation difficiles à prédire. Quant aux méthodes de contrôle, du point de vue de l’intégrité il existe deux méthodes développées pour les pieux lesquelles ne sont pas toujours applicables aux cas de micropieux ; et du point de vue du contrôle du comportement mécanique, il existe un essai assez utilisé pour le contrôle de micropieux : l’essai d’arrachement. Cet essai est facile à réaliser et à interpréter, cependant il est onéreux (long temps d’essai) et difficile à mettre en place. Un autre type d’essai, utilisé dans le contrôle de fondations profondes, est l’essai de chargement dynamique. La recherche bibliographique a permis d’identifier les avantages et inconvénients de ce type d’essai adaptés et déjà validés dans le contrôle de pieux. Nous avons donc proposé une nouvelle méthodologie basée sur des essais de chargement dynamique à faible contrainte nécessitant des énergies de battage beaucoup moins importantes que dans les essais de chargement dynamique classiques. Le protocole et dispositif d’essai de la méthodologie ont été calibrés et validés à partir de simulations numériques afin notamment de justifier les choix de l’énergie d’impact, de la masse du marteau et de l’amortisseur à utiliser. Les observations numériques sont ensuite vérifiées expérimentalement sur des micropieux à échelle réelle mis en place dans un site expérimental développé dans le cadre de ce projet. La méthodologie de contrôle en place de la résistance en service de micropieux développée, c’est une méthode originale simple à réaliser, facile à mettre en oeuvre et d’interprétation immédiate. Elle a été validée aussi dans le cas de micropieux à échelle réelle en conditions maitrisées dans le site expérimental et non maitrisées dans trois chantiers réels de micropieux. Finalement, le progrès dans les recherches, a permis le développement d’une méthodologie de contrôle de la résistance limite de micropieux. Pour cela nous proposons d’utiliser un modèle analytique de prédiction du comportement effort-déformation alimenté par les résultats de l’essai de chargement dynamique à faible déformation et d’un essai complémentaire de reconnaissance des paramètres à la rupture du sol. L´objectif de ce développement est de proposer une prédiction de la résistance limite du micropieux testé sans compromettre son intégrité. L’application de la méthodologie a montré qu’elle donne des résultats très proches de ceux observés dans les essais statiques. / The review of the state-of-the-art of micropiles produced as part of this work allows to identify a wide variety of construction methodologies which have a stress-strain behavior difficult to predict. As for the testing methods, there are methods for assessing the condition of piles or shafts but they are not always applicable to the micropiles; and in terms of the control of mechanical behavior, the most used load testing micropile is the uplift static load test. The static load test is easy to perform and interpret, however the reaction system is cumbersome and slow to erect, therefore this test is time and cost consuming. Another type of test that can be used in the control of deep foundations is the dynamic load testing. The literature review helped to identify the advantages and disadvantages of this type of test that has been adapted and validated in control of pile behavior. The new methodology proposed in this work is based on low-strain dynamic test requiring a smaller impact energy than a high-strain dynamic test. The testing protocol and loading device of the methodology have been calibrated and validated by numerical simulations in order to justify the choice of the impact energy, the weight of hammer and the cushion that will be used. The numerical observations are then verified by experiences in full-scale micropiles installed in an experimental site developed as part of this project. The developed in situ control methodology of the resistance in service of micropiles is an original method, easy to carry out, simple to execute and with an immediate interpretation. This methodology has been validated on full-scale micropiles in contained conditions and also in uncontained conditions in three real projects of micropiles. Finally, the advances in the investigations have led to develop a methodology for control the micropile’s ultimate resistance. We propose to use an analytical model for predicting the stress-strain behavior, which must be supplied with the results of the low-strain dynamic micropile test and of a complementary geotechnical test in order to examine the parameter of soil failure. The goal of this development is to provide a method for predict the micropile’s ultimate resistance without compromising its integrity. The results of the application of the new method to the experimental micropiles are in close agreement with the results observed in the static load test. / La revisión del estado del arte en relación a micropilotes, realizada en este trabajo, ha permitido identificar una gran variedad de técnicas de construcción, donde la predicción de sus comportamientos mecánicos, es una tarea difícil de realizar. Con respecto a los métodos de control, desde el punto de vista de la integridad, existen actualmente métodos no siempre aplicables a los micropilotes, y desde el punto de vista del control del comportamiento mecánico, el ensayo más utilizado es el ensayo de arrancamiento. El ensayo de arrancamiento es de fácil realización e interpretación, sin embargo es oneroso, por su larga duración y la necesidad de disponer de equipos muy pesados.Otro tipo de ensayo, que es utilizado para el control de fundaciones profundas en general, es el ensayo de carga dinámica, cuyas ventajas y desventajas han sido identificadas en la investigación bibliográfica.La nueva metodología propuesta, motivo de este trabajo, está basada en los ensayos de carga dinámica a baja deformación, donde se necesita una energía de impacto mucho menos importante que en el caso de los ensayos clásicos de carga dinámica.El protocolo de la metodología y su dispositivo de ensayo han sido calibrados y validados a partir de simulaciones numéricas con el fin de, principalmente, justificar la elección de la energía de impacto, de la masa del martillo y del amortiguador a utilizar. Las observaciones numéricas han sido, luego, verificadas experimentalmente sobre micropilotes a escala real, instalados en un sitio experimental desarrollado en el marco de este proyecto.La metodología de control in situ, de la resistencia en servicio de micropilotes, desarrollada en este trabajo, es un método original, simple de realizar, con un sistema fácil de instalar y de interpretación inmediata. Ella ha sido validada, en el caso de micropilotes a escala real en condiciones controladas en el sitio experimental, y no controladas en el caso de tres proyectos reales.Además, el avance en las investigaciones, dio lugar al desarrollo de una metodología de control de la resistencia límite de micropilotes. Para ello proponemos utilizar un modelo analítico de predicción del comportamiento esfuerzo-deformación alimentado por resultados del ensayo de carga dinámica a baja deformación y de un ensayo complementario de reconocimiento de los parámetros de ruptura del suelo. El objetivo de este desarrollo es de proponer un método de predicción de la resistencia límite de micropilotes sin comprometer su integridad. La aplicación de la metodología ha mostrado que los resultados son muy cercanos a los observados en los ensayos de carga estática.

L'interaction fluide-structure vise à étudier le contact entre un fluide et un solide. Ce phénomène est très présent lors de l’impact d’une vague sur une structure ou l’inverse. La réponse de la structure peut être fortement affectée par l'action du fluide. L'étude de ce type d'interaction est motivée par le fait que les phénomènes résultants sont parfois catastrophiques pour les structures composites ou constituent dans la majorité des cas un facteur dimensionnant important. Le fluide est caractérisé par son champ de vitesse et de pression. Il exerce des forces aérodynamiques ou hydrodynamiques sur l'interface de la structure qui subit des déformations sous leurs actions. Ces déformations peuvent affecter localement le champ de l'écoulement et donc les charges appliquées. Ce cycle des interactions entre le fluide et le solide est caractéristique du phénomène de slamming. Pour une conception optimale des structures marines, la vitesse du navire est devenue un paramètre important. Par conséquent, les exigences de conception ont été optimisées par rapport au poids structurel. D'autre part, l'apparition des structures composites au cours des dernières décennies a favorisé l'exploitation de ces matériaux dans les grands projets de construction pour les applications marines et aérospatiales. Ceci est dû à la nature de leurs propriétés mécaniques, car elles présentent un rapport rigidité / poids élevé. En revanche, l'interaction entre les structures déformables et la surface libre de l'eau peut affecter le flux du fluide en contact avec la structure ainsi que et les charges hydrodynamiques estimées par rapport au corps rigide, en raison de l'apparition des effets hydro-élastiques. En outre, ces structures sont toujours soumises à des mécanismes de dommages différents et complexes sous un chargement dynamique. Pour ces raisons, la flexibilité et les modes de défaillance dans les matériaux composites présentent une complexité supplémentaire pour prédire les charges hydrodynamiques lorsqu'il y a une interaction avec un fluide (l'eau). Ceci a présenté un défi majeur pour utiliser ces matériaux dans les applications maritimes. Par conséquent, une attention particulière doit être accordée dans la phase de conception et l'analyse des performances pendant l'utilisation à vie. Les principales contributions de ce travail sont l’étude expérimentale et numérique du comportement dynamique des panneaux composites et la quantification de l'effet de la flexibilité de ces panneaux composites sur les charges hydrodynamiques et les déformations résultantes. Pour étudier ces effets, des panneaux composites stratifiés et sandwichs avec deux rigidités différentes sont soumis à diverses vitesses d'impact à l'aide d'une machine de choc équipée d'un système de contrôle de la vitesse. La résistance dynamique a été analysée en termes de charges hydrodynamiques, de déformations dynamiques et de mécanismes de défaillance pour différentes vitesses d'impact. L'analyse des résultats expérimentaux a montré que l’effort maximal augmente avec l’augmentation de la flexibilité des panneaux. D'autre part, le modèle numérique de tossage a été implémenté dans le logiciel Abaqus / Explicit basé sur l'approche du modèle Couplé Euler Lagrange (CEL). En outre, différents modes de défaillance des matériaux composites ont été développés et implémentés à l'aide d'une subroutine « VUMAT » définie par l'utilisateur et mis en œuvre dans le code de calcul éléments finis. Pour couvrir tous les modes de défaillance possibles dans les structures composites, l’implémentation de l’endommagement comprend : la rupture intralaminar, la décohésion de l'interface peau / âme et le cisaillement de l’âme. La confrontation des résultats expérimentaux avec les modèles numériques sur la prédiction de la force hydrodynamique et de la déformation du panneau valide l’approche adoptée. / Generally, when marine vessels encounter the water surface on entry and subsequently re-enter the water at high speed (slamming), this can subject the bottom section of the vessels to both local and global effects and generate unwanted vibrations in the structure, especially over very short durations. In marine design, the vessel speed has become an important aspect for optimal structure. Therefore, design requirements have been optimized in relation to the structural weight. In other hand, the appearance of the composite structures in the last decades has encouraged the exploitation of these structures in major construction projects for lightweight marine and aerospace applications. This is due to the nature of their mechanical properties which shows a high stiffness-to-weight ratio. In contrast, the interaction between deformable structures and free water surface can be modified the fluid flow and changed the estimated hydrodynamic loads comparing with rigid body, due to appearance of hydroelastic effects. Moreover, these structures are always subject to different and complex damage mechanisms under dynamic loading. For these reasons, the flexibility and the damage failure modes in composite materials introduce additional complexity for predicting hydrodynamic loads when interactive with water. This considered a key challenge to use these materials in marine applications. Therefore, special attention must be taken in the design phase and the analysis of performances during lifetime use. The main contributions of this work are the experimental and numerical study of the dynamic behavior of composite panels and the quantification of the effect of the flexibility of these structures on the hydrodynamic loads and the resulting deformations. To study these effects, laminate composite and sandwich panels with two different rigidities and subjected to various impact velocities have been investigated experimentally using high speed shock machine with velocity control system. The dynamic resistance was analysed in terms of hydrodynamic loads, dynamic deformation and failure mechanisms for different impact velocities. The general analysis of experiment results were indicated that more flexible panel has a higher peak force as velocity increases compared with higher stiffness panels. On the other hand, the slamming model was implemented in Abaqus/Explicit software based on Coupled Eulerian Lagrangian model approach (CEL). In addition, different damage modes are developed and constructed using a user-defined material subroutine VUMAT and implemented in Finite element method, including the intralaminar damage, debonding in skin/core interface, and core shear to cover all possible damage modes throughout structures. The numerical model gave a good agreement results in judging with experimental data for prediction of the hydrodynamic force and panel deformation. Additionally, this study gives qualitative and quantitative data which provides clear guidance in design phase and the evolution of performances during lifetime of composite structures, for marine structure designers.