L'objectif de l'étude est de valider une approche basée sur l'orientation des segments des membres supérieurs et du dos et des forces mesurées aux mains pour estimer les chargements lombaires. Plusieurs méthodes d'estimation des chargements au bas du dos ont été documentées par la recherche avec des tâches simples et dans un environnement controlé de laboratoire. Cependant, aucune méthode n'a encore été proposée pour l'estimation de ces chargements dans un environnement réel de travail avec des manutentions plus complexes et sur des durées prolongées. C'est avec cet objectif à long terme qu'un modèle exploitant l'orientation des segments, plutôt que leurs position et orientation, mérite d'être validé. Ces orientations pourraient éventuellement être mesurées par des senseurs inertiels ambulatoires. Six femmes et 5 hommes ont manutentionné des charges de 7,7 kg et de 15,6 kg dans une série de levers et d'abaissements asymétriques et à 2 vitesses : une choisie et une de 25% plus rapide. Un modèle à segments liés du haut du corps a été utilisé pour calculer les chargements 3D à L5/S1. Ce modèle n'utilise que l'orientation des segments et les forces aux mains sont mesurées avec une caisse dynamométrique. Le modèle critère, quant à lui, utilise la cinématique du bas du corps avec l'orientation et la position des segments. Les forces au sol sont mesurées par 3 plateformes de forces formant une grande surface de travail. La validité du modèle a été quantifiée en calculant l'erreur quadratique moyenne (eRMS), les coefficients de détermination (r²), les erreurs maximales et les ratioshaut/bas (moment maximum du modele a valider divise par le moment maximum du modele critere, multiplie par 100). L'eRMS entre les 2 modeles sur le moment resultant a L5/S1 se situe entre 9,9 Nm et 25,4 Nm, le coefficient de determination entre 0,80 et 0,98, l'erreur maximale entre 29 Nm et 142 Nm et les ratios haut/bas sont en moyenne autour de 100%. De plus, l'augmentation de la vitesse moyenne de 22% augmente l'eRMS entre les 2 modèles de 12,7%. L'erreur de ce modèle du haut du corps n'utilisant que l'orientation des segments et les forces aux mains est tout à fait acceptable dans le cadre d'une future utilisation terrain. Dans le cadre d'étude requérant un niveau de précision supérieur, des modifications relativement simples mériteraient d'être investiguées afin d'améliorer la performance du modèle. Dans sa forme actuelle, sa polyvalence pourrait très certainement en faire un excellent outil d'évaluation clinique. Grâce à cette étude, il peut maintenant être envisagé d'estimer les chargements au dos à l'aide de senseurs inertiels pour mesurer les orientations des segments du corps, et donc de faire l'estimation des chargements au dos dans des environnements de travail variés et plus réels.

Ce travail concerne l’étude du comportement des interfaces dans le cas de pieux chargés axialement pour un très grand nombre de cycles. Les principaux points abordés sont relatifs au développement d’une part d’une loi de comportement comprenant un mécanisme d’écrouissage cinématique non linéaire permettant de prendre en compte les chargements cycliques et d’autre part d’une méthode de « sauts de cycles » donnant la possibilité de réaliser des économies de temps de calcul conséquents par rapport à une méthode cycle à cycle. Le travail s’articule autour de 4 chapitres. Le premier chapitre comprend une synthèse bibliographique relative à la prise en compte des chargements cycliques en géotechnique. Les essais de laboratoire permettant d’étudier les phénomènes liés aux chargements cycliques ainsi que les principales méthodes de calcul sont décrits. Le second chapitre aborde le domaine des lois de comportements adaptées à la prise en compte de chargements cycliques. Différentes manières de considérer le problème sont présentées (modèle de Ramber-Osgood, modèle de Mroz, modèle à écrouissage cinématique non linéaire). Une loi de comportement particulière Modjoin (Shahrour, 1997) est présentée. Des évolutions y sont apportées afin notamment de diminuer les phénomènes de rochet et de pouvoir analyser le comportement de structures pour des très grands nombres de cycles de charge et décharge (n>103). Une étude de l’ensemble de ses potentialités est réalisée à la fin du chapitre. Le troisième chapitre présente deux exemples d’utilisation de cette loi. Il s’agit d’une part de vérifier si la loi est correctement implémentée et permet de modéliser plusieurs milliers de cycles de charge et de décharge et d’autre part d’analyser le comportement des deux exemples traités au cours des cycles. Le quatrième chapitre comporte la présentation d’une méthode de « sauts de cycles ». Cette méthode permet de déterminer le comportement de la structure à un cycle donné sans pour autant calculer tous les cycles précédents. Les cycles sont « sautés » sur la base d’une extrapolation des déformations plastiques qui sont injectées dans le modèle sous forme de forces nodales. L’extrapolation repose sur un développement limité au second ordre et pour une des variantes de la méthode sur une régression des moindres carrés. Divers développements permettant des gains de temps sont aussi présentés. / This thesis deals with a numerical analysis of structure-soil interface under the cyclic loading by finite different method. The principal of this work relates to the development of a constitutive law, including the nonlinear kinematic hardening which allows to simulate the behavior of structure under the cyclic loading. Instead of using a method calculation cycle by cycle, we develop a method called « Cycles Skipped », which gives the possibility to reduce the computation time of the simulation. The thesis is organized as follow: The first chapter discusses about the synthesis bibliography of cyclic loading in geotechnical engineering. Based on the laboratory tests, some experimental observations are presented and analyzed in this chapter. Besides, the principal existed methods are presented to describe the behavior of elementary soil or interface under cyclic loading. The second chapter; from the laboratory and in-situ observations, the different models are presented to describe the behavior of structure under cyclic loading. Particularly, a cyclic constitutive law « Modjoin » in elastoplasticity model (Shahrour, 1997) is proposed and improved to decrease the ratchet phenomenon of cyclic loading for analyzing the behavior of structure under a very large number of cyclic loading (n>103). A deep study of its potential is realized and some numerical applications are presented in this chapter. The third chapter proposes a Modjoin modeling, which involves the validity of this model and the analysis of the behavior of structure under cycles load. Two modelings with thousand cycle loads are carried out to verify that the law is correctly implanted in finite difference code. The fourth chapter concerns about the development of a method « cycles skipped » which allows to estimate the structure behavior under a large number of loading cycles without calculating cycle by cycle. This method based on an extrapolation of plastic deformation which is injected into the model as the nodal forces. The extrapolation of plastic deformation consists of Taylor’s expansion and least squares regression. Finally, some calculations are performed and a comparison of results observed between different methods will be presented.

L'objectif de cette étude, réalisée en collaboration avec l'Agence d'Essais Ferroviaire (AEF) de la SNCF, est de proposer une méthode de calcul de durée de vie sous chargements complexes (chargements multiaxiaux d'amplitude variable) en fatigue à grande durée de vie. La première partie du document présente une analyse critique de différentes méthodes de la littérature dans ce domaine. La seconde partie du document présente la base de données expérimentales établie en vue de l'identification et de l'évaluation de la méthode proposée. Cette base de données est constituée d'essais sur éprouvettes lisses sous une large gamme de sollicitations à complexité croissante (les essais vont de la traction d'amplitude constante à des essais de flexion-torsion hors phase d'amplitude variable) mais également sur roue de TGV à échelle 1 (essais réalisés à l'AEF, sous chargements d'amplitude variable inspirés d'enregistrements en service). La suite du document présente une nouvelle méthode de calcul de durée de vie sous chargements multiaxiaux d'amplitude variable. En conservant une base énergétique et la notion de seuil de "non endommagement" définies au cours des précédents travaux menés au LAMEFIP, cette proposition prend en compte l'effet, sur la durée de vie, de la répartition spatiale des contraintes dans la pièce. Basée sur une définition incrémentale du travail de déformation fourni au matériau, cette proposition s'affranchit de toute méthode de comptage de cycle et est apte à prévoir la durée de vie d'une structure soumise à une sollicitation quelconque d'amplitude variable. Les prévisions de cette méthode sont confrontées à des résultats de différents essais de la littérature, notamment obtenus sur des éprouvettes entaillées, et aux résultats expérimentaux de l'étude. Enfin la méthode proposée est appliquée à un cas industriel : la prévision de la tenue en fatigue de la toile d'une roue de train à grande vitesse sous chargements d'amplitude constante ou par blocs. Les prévisions de la méthode, appliquée en post-processeur des résultats de calculs éléments finis sur la roue, sont en bon accord avec les résultats d'essais.

Cette thèse traite des effets de pré-écrouissage, monotone ou cyclique, sur le comportement cyclique et la durée de vie en fatigue (traction-compression à température ambiante). Les matériaux utilisés sont un alliage de nickel-chrome (80-20%), un acier inoxydable austénitique 316L et du cuivre pur. Ils présentent une aisance croissante au glissement dévié ; un paramètre considéré comme majeur pour expliquer les écarts de sensibilité aux effets de mémoire de pré-écrouissage existants entre ces matériaux.Des courbes d'écrouissage cyclique obtenues suite à des chargements multi-paliers sur des échantillons pré-écrouis sont comparées à celles des matériaux vierges. Cette comparaison permet de tracer des cartographies d'effet mémoire. Différents effets y sont observés et leurs origines discutées via une approche par partition de contrainte. Enfin, des essais de fatigue sont effectués pour chaque domaine de mémoire de pré-écrouissage et leurs conséquences sur la durée de vie sont discutées / This work focuses on the effect of a pre-hardening, either monotonic or cyclic, on the cyclic behavior and the fatigue life during tension-compression tests at room temperature. Materials used are a nickel-chromium alloy (80-20%), a 316L austenitic stainless steel and OFHC pure copper. They present an increasing ease to the cross-slip : a deformation mechanism identified as a key parameter to understand the distinct memory effect sensibilities existing between materials.Cyclic stress-strain curves obtained from sequential loadings on prestrained samples are compared to the ones of virgin materials. Such comparison allows plotting memory effect maps. According to these memory plots, different pre-hardening effects exist and their origins are discussed through a stress-partition analysis. Finally, fatigue tests are carried out for each domain of the prestrain memory and their consequences on fatigue life are discussed

L'objectif de la thèse proposée par AREVA NP porte sur la prédétermination des contraintes résiduelles issues de l'opération de tournage de finition de l'inox 316L. Le modèle numérique simulant la génération des contraintes résiduelles propose une approche originale en appliquant des chargements thermomécaniques équivalents sur la surface finale de la pièce sans recourir à la modélisation de l'enlèvement de matière (formation du copeau, séparation de la matière,...). De ce fait, l'étude se divise en deux parties complémentaires. D'un coté, une campagne de mesures expérimentales a été menée de manière à recueillir un ensemble de données nécessaires à la mise en place des chargements thermomécaniques. Ces expériences sont conduites en fonction des données fournie par AREVA NP. De l'autre, un modèle numérique applique ces chargements et reproduit les phénomènes conduisant à l'apparition des contraintes résiduelles. Ces résultats numériques sont alors confrontés à ceux trouvés dans la biblio et aux mesures réalisées en interne. Il apparaît que cette nouvelle approche fournie des résultats intéressants et qu'elle permet de simuler plusieurs passages d'outils ce qui reste hors d'atteinte des modèles numériques actuelles.

Les Alliages à Mémoire de Forme sont utilisés dans un grand nombre d'applications. Or celles-ci imposent généralement un chargement cyclique qui fait évoluer leur comportement. Nous avons donc étudié ce comportement en réalisant une base d'essais en super-élasticité et en effet mémoire assisté montrant l'apparition d'une déformation résiduelle au cours du cyclage. À la fin de ces essais l'application d'un flash thermique a permis de déterminer que l'origine de cette déformation résiduelle provient majoritairement de martensite résiduelle pour l'alliage utilisé. Un modèle macroscopique a ensuite été développé afin de prendre en compte cet aspect du comportement des Alliages à Mémoire de Forme. C'est un modèle à seuil permettant de prendre en compte les différentes propriétés des Alliages à Mémoire de Forme telles que la dissymétrie traction-compression, l'effet point-mémoire, la réorientation de la martensite lors de chargements multiaxiaux non-proportionnels ainsi que l'apparition de martensite bloquée lors de chargements cycliques. Le modèle a été implanté dans un code de calcul par éléments finis afin de simuler le comportement de structures sous chargement cyclique. L'utilisation du modèle pour la validation de comportement ou l'aide à la conception a été montrée sur deux applications courantes utilisant des Alliages à Mémoire de Forme.

Le lien empirique entre rupture par fatigue à grand nombre de cycles et essai d'auto-échauffement permet de prévoir rapidement les caractéristiques de fatigue de nombreux matériaux depuis quelques années. Au delà de cette relation empirique, un modèle rationnel basé sur l'apparition probabiliste de foyers de microplasticité a déjà été proposé, donnant une estimation de la dispersion des essais de fatigue. Fort de ceci, le cadre d'application de ce modèle est ici étendu aux chargements multiaxiaux dans un premier temps. Pour cela des essais d'auto-échauffement de traction-torsion sur éprouvettes tubulaires sont réalisés pour valider thermiquement deux versions du modèle. Un facteur d'hétérogénéité de dissipation est introduit pour s'affranchir de la géométrie des éprouvettes. L'influence de la contrainte moyenne de cisaillement sur les courbes d'auto-échauffement est étudiée. Des essais de fatigue multiaxiale différencient par la suite le domaine de validité des deux versions du modèle. Dans un second temps les effets de surface sur tôle sont étudiés par essai d'auto-échauffement. La mesure de la température moyenne des tôles ne permettant pas de retrouver les caractéristiques de fatigue, une mesure du champ de température dans l'épaisseur de la tôle est proposée. L'ensemble du protocole de mesure par micro-thermographie IR in situ est choisi afin de réduire voire supprimer différents artefacts. Il permet de mesurer des amplitudes d'hétérogénéité de température stabilisée de l'ordre de 10-3 K à une échelle submillimétrique. Appliqué aux tôles étudiées, il permet de mettre à jour l'existence d'effets de surface.

La vitesse de convergence intersismique de l'Himalaya - paramètre essentiel dans l'étude du cycle sismique - est débattue depuis plusieurs années. Pour contraindre cette dernière, nous avons combiné avec succès des données géodésiques de campagne, de stations cGPS et de stations DORIS, pour déterminer le mouvement de la plaque indienne ainsi que la déformation crustale actuelle au travers de l'Himalaya du Népal. Il ressort que le mouvement de l'Inde par rapport à l'Eurasie, que nous estimons à 35mm.an-1, est significativement moins rapide que celui déduit des modèles géologiques globaux de tectonique des plaques. Le modèle de déformation crustale au travers de l'Himalya oriental et central indique que le MHT est bloqué sur une distance d'environ 115 km, de la surface jusqu`à une profondeur d'environ 20 km sous le front de la haute chaîne. Le raccourcissement horizontal, induit par un fluage ductile le long de la partie la plus profonde du MHT, correspond<br /> à 19 ± 2.5 mm.an-1 dans le Centre-Est Népal. Au travers du Népal occidental, le modèle de la déformation et le taux de raccourcissement évalué sont de 13.4 ± 5 mm.an-1, taux moins contraint, par manque de stations cGPS.<br /><br /> L'analyse des séries temporelles GPS a montré, outre le terme séculaire, des variations saisonnières importantes, notamment sur la composante horizontale perpendiculaire à la chaîne himalayenne. Nous avons pu mettre en évidence que ces variations saisonnières ne<br /> provenaient pas d'un artéfact de traitement, mais de la réponse flexurale de la croûte continentale à un chargement des aquifères situés dans la plaine du Gange. La réponse élastique de la lithosphère à cette charge saisonnière induit des variations de <br /> contrainte de Coulomb au niveau des l'essaim microsismique mi-crustal himalayen. Ces variations permettent d'expliquer au premier ordre les variations de taux de sismicité saisonnières<br /> mises en évidence à l'échelle du catalogue de sismicité népalais.<br /> <br /> L'étude microstructurale de quartzites nous a, par ailleurs, permis d'estimer les contraintes différentielles présentes autour de la transition fragile-ductile. A partir de la combinaison de données thermométriques, structurales, géodésiques et paléopiézométriques,<br /> une loi rhéologique expérimentale des quartzites du Moyen-Pays himalayen a pu être définie. La détermination de cette loi de fluage apporte une contrainte supplémentaire à la connaissance de la structure rhéologique de la lithosphère continentale himalayenne,<br /> un paramètre essentiel dans les modèles mécaniques du cycle sismique.

Les structures en béton des centrales nucléaires peuvent être soumises à des contraintes thermo- hydriques modérées, caractérisées par des températures de l'ordre de la centaine de degrés aussi bien en conditions de service qu'accidentelles. Ces contraintes peuvent être à l'origine de désordres importants notamment la fissuration qui a pour effet d'accélérer les transferts hydriques dans la structure. Dans le cadre de l'étude de la durabilité de ces structures, le modèle THMs a été développé au Laboratoire d'Etude du Comportement des Bétons et des Argiles (LECBA) du CEA Saclay pour simuler le comportement du béton face à des sollicitations couplées thermo-hydro-mécaniques. Dans cette thèse on s'est intéressé à l'amélioration dans le modèle THMs d'une part de l'estimation des paramètres mécaniques et hydromécaniques du matériau en conditions partiellement saturées et en présence de fissuration et d'autre part de la description de la fissuration. La première partie a été consacrée à la mise au point d'un modèle basé sur une description multi-échelle de la microstructure des matériaux cimentaires, en partant de l'échelle des principaux hydrates (portlandite, ettringite, C-S-H, etc.) jusqu'à l'échelle macroscopique du matériau fissuré. Les paramètres investigués sont obtenus à chaque échelle de la description par des techniques d'homogénéisation analytiques. Dans la seconde partie on s'est attaché à décrire numériquement de façon précise la fissuration notamment en termes d'ouverture, de localisation et de propagation. Pour cela une méthode de réanalyse éléments finis/éléments discrets a été proposée et validée sur différents cas-test de chargement mécanique. Enfin la procédure a été mise en œuvre dans le cas d'un mur chauffé et une méthode de recalcul de la perméabilité a été proposée permettant de montrer l'intérêt de la prise en compte de l'anisotropie du tenseur de perméabilité lorsqu'on s'intéresse à l'étude des transferts de masse dans une structure en béton fissurée. Mots clés : matériaux cimentaires, homogénéisation, modélisation multi-échelle, microfissures, éléments discrets, éléments finis, chargements thermo-hydro-mécaniques.

Le renforcement des sols en zone sismique par des colonnes ballastées et/ou des inclusions rigides représente une alternative prometteuse et de plus en plus répandue par rapport aux solutions lourdes de fondations sur pieux. On sait que les pieux subissent, du fait de leur rigidité, des moments très importants au niveau de la liaison chevêtre-pieu. Les inclusions rigides surmontées d'un matelas granulaire permettent de mieux dissiper les efforts inertiels transmis par la superstructure, mais peuvent nécessiter des armatures si ce matelas n'est pas suffisamment épais. On peut penser que la colonne à module mixte (CMM) offre une solution combinant l'effet " matelas " à travers sa partie supérieure en colonne ballastée plus flexible et l'effet stabilisateur de la colonne inférieure. Cette thèse présente dans une première partie l'étude expérimentale réalisée au Laboratoire 3S-R (Grenoble) sur des modèles réduits à l'échelle 1/10 afin d'analyser la réponse de ces systèmes sous différentes charges statiques et dynamiques. Le modèle physique se compose d'une semelle carrée reposant directement sur l'argile renforcée. Le chargement vertical et horizontal, statique et dynamique est appliqué par l'intermédiaire de la fondation. Une instrumentation a été placée au niveau de la semelle pour obtenir la réponse globale du système, ainsi que dans la partie rigide inférieure du modèle pour évaluer la répartition des efforts entre inclusion et partie flexible supérieure. Une attention toute particulière a été donnée à la simulation de l'effet inertiel d'un séisme. Les profils de moments, d'efforts tranchants et de déplacements en fonction de la profondeur déterminés à partir de 20 extensomètres répartis régulièrement sur toute la hauteur de la partie rigide ont permis d'étudier l'influence de la hauteur de la colonne ou du matelas. La comparaison entre les déplacements dynamiques de la semelle et les courbes P-y (pression latérale P fonction du déplacement latéral y de la tête de pieu), permet de quantifier la dissipation de l'énergie dans les différentes parties du système. Les résultats expérimentaux montrent que la partie supérieure souple absorbe l'essentiel de l'énergie inertielle sismique. Une modélisation numérique 3D confirme les tendances observées expérimentalement et souligne l'importance du rôle de la zone de transition entre partie souple et partie rigide.