La fabrication des composants d'une turbine hydraulique est un procédé complexe, couteux et nécessite beaucoup de métal. Une possibilité d'améliorer ce procédé est d' obtenir des formes complexes, ce qui va réduire la quantité de soudage et de post-traitement. Le nouveau procédé nécessite l'étude de nouveaux matériaux, qui possèdent une déformabilité élevée et répondent aux exigences du matériau pour une application dans les turbines hydrauliques. Les aciers supermartensitiques sont attractifs, car ils possèdent la combinaison exceptionnelle d'une haute résistance à la corrosion, une bonne soudabilité, une résistance à la traction élevée et un comportement ductile.Le but de ce travail est la détermination et la modélisation du comportement d'un acier supermartensique à hautes températures pour contrôler et optimiser le procédé de mise en forme à chaud de composants d'une roue d'une turbine hydraulique.Des paramètres différents affectent la mise en forme à chaud de l'acier. D'un côté, la connaissance de la microstructure et des transformations de phase est nécessaire pour optimiser la température du mise en forme et analyser les résultats, d'un autre côté, des essais mécaniques doivent être réalisés pour déterminer le comportement à haute température de l'acier et ses lois de comportement, ce qui permettra de modéliser le procédé de mise en forme. Ainsi, une étude détaillée de la microstructure et des transformations de l'acier supermartensique est d'abord présentée. Il a été démontré que le traitement thermique peut améliorer la microstructure du matériau et supprimer les hétérogénéités provenant de la fabrication de l'acier. Ensuite, le comportement mécanique à haute température a été étudié. Des essais de traction ont été effectués dans l'intervalle de température de 650 ° C à 1100 ° C à des vitesses de déformation entre 0,0004s-1 et 0,04s-1. Les influences de la température, de la vitesse de déformation, de la taille des grains, de la teneur et de la morphologie des phases sur le comportement mécanique ont été analysés. En outre, la caractérisation qualitative de l'endommagement a été effectuée dans le domaine austénitique. Finalement les lois de comportement ont été déterminées et la modélisation de la mise en forme à chaud d'un acier supermartensitique a pu être entreprise. Des exemples de deformation en flexion, correspondant à des formes réelles complexes, sont présentés.Les résultats de l'étude des aciers inoxydables supermartensitiques et de leurs lois de comportement à chaud permettent d'optimiser le processus de formage. / The current manufacturing of hydraulic turbine components is complex, metal-consuming and expensive process. The one way of improving this process is forming complex shapes that will decrease the amount of welding and post treatment. The new forming process requires the investigation of new materials having good deformability and satisfying the requirements to material for hydraulic turbine application. The supermartensitic steels are attractive as they have exceptional combination of high corrosion resistance, good weldability, tensile strength and ductile behavior.The aim of this work is the determination and modeling of supermartensitic stainless steel behavior at high temperature to control and optimize process of hot forming the parts of hydraulic turbine runner.Different parameters affect the hot forming of steel. On the one hand, the knowledge about steel microstructure and transformation is needed to optimize temperature of forming and analyze results, and on the other hand, the mechanical experiments need to be performed to determine high temperature behavior of steel and constitutive law which allow to model process of forming. Thus firstly detailed study of microstructure and transformation of supermartensitic steel is presented. It has been demonstrated that the heat treatment can improve microstructure of material and exclude disadvantage of steel making. Then the mechanical behavior at high temperature was investigated. Tensile tests were carried out in the interval of temperature from 650°C to 1100°C at strain rate in range from 0,0004s-1 to 0,04s-1. The influences of temperature, strain rate, grain size, content and morphology of phases on mechanical behavior have been analyzed. Additionally brief investigation of cavities at full austenite zone has been done. Finally the constitutive laws were determined and modeling of behavior is presentede Examples of bending process are reported, corresponding to real and complex shapes of turbine parts.The presented investigation of supermartensitic stainless steel and proposed constitutive laws allow optimization the process of hot forming.

Les céramiques à base d’Al2O3 et de 3Y-ZrO2 à structures submicroniques présentent, au vu de leurs propriétés physiques et mécaniques, un fort potentiel pour l’usinage de composites en bois. Neuf nuances ont été développées par coulage-gélification (CG) et par pressage isostatique à froid (CIP). Elles ont ensuite été testées en usinage dans des conditions industrielles de coupe. L’objectif de la thèse a été la compréhension, à partir de ces résultats, des mécanismes d’usure, afin d’identifier les propriétés physiques et mécaniques nécessaires pour l’usage d’un matériau nouveau pour cette application. Des outils prototypes de fraisage et de tournage ont été conçus. L’état d’endommagement et les contraintes résiduelles dans la céramique, dus aux étapes de fabrication des prototypes, ont été déterminés. Les résultats des expérimentations de coupe montrent que différents mécanismes opèrent sur l’usure des céramiques. Pour les nuances d’alumine, l’usure de l’arête se fait par arrachement cyclique de grains, tandis que les nuances à base de zircone se déforment plastiquement. Il apparaît que les propriétés physiques, telles que la taille de grain et la densité, sont prédominantes sur les propriétés mécaniques. L’utilisation de céramiques à structure submicronique avec des densités supérieures à 99 % améliore les performances en usinage. C’est la nuance Al2O3-10 % ZrO2 produite par CG qui a montré la meilleure résistance à l’usure. Lors de l'affûtage et de la coupe, l'oxyde de zirconium non stabilisé opère un changement de phase qui induit des contraintes de compression au sein de la microstructure et augmente ainsi la résistance micromécanique des joints de grain. / High mechanical properties of sub-μm grain Al2O3 and 3Y-ZrO2 present high potential for the cutting of wood-based materials. Nine grades were produced by gelcasting (GC) and cold isostatic pressing (CIP). They were tested in real industrial conditions. From those results, this thesis’ aim was to highlight the wear mechanisms in cutting, and then deduce major physical and mechanical properties that are task of material development. Consequently, prototypes for cutting trials have been developed. As a result, the manufacturing of prototype tools, X-Ray diffraction, analytical and numerical investigations were performed to quantify residual stress that occurred in ceramic. Observation of the results of experimentations in machining showed different wear modes. For alumina’s grade, single grain pull-out was the main wear mechanism of the cutting edge, while microplastic deformation occurred in zirconia’s composition. Physical properties of ceramic structure, like grain size and density, are more important than mechanical properties. To improve cutting lifetime, density must be higher than 99%, with a structure with sub-μm grain size. It appeared that there was a predominant role of micromechanical stability while cutting abrasive materials. Fracture toughness or thermal shock resistance seem to have marginal influence when ceramic were produced by low-defect process like GC. Regarding all ceramic grades the Al2O3-10ZrO2 made by GC showed the highest wear resistance in machining. Unstabilized zirconia brought micromechanical stability between grains of the cutting edge while working.

L'évolution du contexte industriel pousse l'industrie du transport, et plus particulièrement le secteur automobile, à réaliser des gains de de masse. Ceci passe, pour partie, par le développement de nouvelles solutions en matériaux composites. Le présent travail de thèse est consacré à la caractérisation mécanique et à la modélisation micromécanique d'un nouveau matériau composite SMC renforcé de mèches de fibres de carbone. L'objectif est de constituer une première base de connaissances sur le comportement de ce SMC en fatigue. Les investigations expérimentales passent notamment par l'analyse de la microstructure, la caractérisation du comportement mécanique sous sollicitation quasi-statique et de fatigue ainsi que par l'analyse des modes de dégradations. L'approche multi-échelle développée prend en compte la microstructure du matériau aux deux échelles mises en évidence à travers deux homogénéisations successives par une méthode Mori-Tanaka. Cette stratégie de modélisation permet de relier le comportement des fibres et le comportement élasto-plastique de la matrice à travers une loi de comportement dédiée à celui du matériau composite, et enfin d'intégrer la distribution d'orientation des mèches induites par le procédé de thermocompression.Le modèle multi-échelle a été identifié par une méthode inverse à partir des bases de données expérimentales constituées lors des travaux. La loi constitutive globale, à l'échelle d'un volume élémentaire représentatif, a été implémentée dans la bibliothèque scientifique SMART+ en langage C++ et a été conçue pour être compatible dans le cadre d'analyse de structures par éléments finis. En régime non-linéaire intégrant l’endommagement. / The evolution of the industrial context is pushing the transport industry, and more specifically the automotive sector, toward better energy efficiency. This objective is partly achieved by the development of new composite material solutions. The current work is devoted to the mechanical characterization and the multiscale modeling of a new SMC composite material reinforced with short carbon fibers bundles. The objective is to build a first knowledge base on the behavior of this SMC under fatigue loading. Experimental investigations include the analysis of the microstructure, the characterization of the mechanical behavior under quasi-static and fatigue loading, as well as the analysis of the damage mechanisms. The proposed multiscale approach takes into account the microstructure of the composite at the two scales highlighted through two successive homogenizations by the means of a Mori-Tanaka based method. Such modelling strategy makes it possible to relate elasto-plastic behavior of the matrix through dedicated local constitutive laws and the behavior of the fibers to that of the composite material, and to integrate the orientation distribution of the bundles induced by the manufacturing process... The multiscale model was identified by the mean of an inverse computation method applied on the experimental results taken from the databases created during the works.The global constitutive law, computed at the scale of a representative elementary volume, has been implemented in the SMART+ scientific library in C++ language in such a manner to be compatible in a finite element analysis (FEA) framework.

Le domaine de la fusion par confinement magnétique et la technologie des tokamaks privilégient l'utilisation de câbles supraconducteurs pour la circulation de haute densité de courant (typiquement 70kA). Ces conducteurs se composent de milliers brins câblés sur plusieurs étages, insérés en conduite et refroidis à température cryogénique. Les chargements extrêmes d’origine thermique et électromagnétique appliqués sont susceptibles d’engendrer des déformations locales dégradant les qualités conductrices de ces câbles. Ces dégradations d'origine mécanique sont observées mais peu de modèles en décrivent le comportement. Dans le cadre de la modélisation des conducteurs de type câble-en-conduit (CICCs), nous proposons l’utilisation et l’adaptation d’un code élément fini de calcul de structures dédié aux milieux entremêlés: Multifil. Le problème du comportement mécanique global et local des câbles est posé sous la forme de la recherche d’équilibre d’un assemblage de poutres en grande déformation et en interaction de contact frottement sous différents chargements. Le développement de cette méthode numérique s’appuie sur un modèle de poutre à cinématique enrichie, intégrant notamment des déformations de sections et sur une résolution algorithmique implicite de type Newton-Raphson. Cette modélisation est largement basée sur les travaux déjà réalisés quant à l’étude de la mécanique interne de câble métallique et de textile où le traitement des contacts et primordiale. Pour ce qui est de l’application de Multifil aux modèles de CICCs, les adaptations et nouveaux développements du code de calcul ont été introduits lors de cette thèse.En premier lieu, la géométrie des câbles formés étant a priori inconnue, nous proposons une simulation du processus de mise en forme des conducteurs. Celle-ci consiste en une compaction d’une configuration théorique de câblage initiale au moyen d’outils rigides. Une partie importante de cette thèse a été dédiée au développement de conditions aux limites, dites pseudopériodiques, pertinentes face aux problématiques liées à la modélisation des câbles. Dans un deuxième temps et dans un effort de validation des modèles de câbles formés, nous présentons les résultats obtenus lors d’essais de traction/compression longitudinale et de compression transverse de câbles formés. Les comportements mécaniques des câbles en sollicitation axiale et transversale prédits par les modèles ont montré un bon accord avec les données expérimentales disponibles. Cela a été rendu possible grâce à l’identification des lois de comportements des brins sur des essais de traction cycliques et de pincement effectués au cours de cette thèse. L’observation au Microscope Electronique à Balayage de coupe de brins sollicités a permis de caractériser un critère de ruptures pour les micro-filaments Nb3Sn des brins. Des simulations complètes des conducteurs ITER en condition opératoire ont été réalisées avec succès pour différentes configurations de câbles. L’analyse des données fournies par le code de calculs a permis de mettre en lumière l’importante hétérogénéité des déformations axiales dans les conducteurs ainsi que la présence de déformations, dites critiques, susceptibles de pouvoir expliquer en partie les dégradations des propriétés supraconductrices des conducteurs d’ITER. Enfin les données fournies par Multifil ont été utilisées par deux codes de calculs électromagnétiques, CARMEN et JackPot, dans le but de décrire les propriétés électriques des conducteurs en fonction des déformations prédites par les modèles mécaniques. / The ITER Cable-In-Conduit Conductors (CICC) are composed of an assembly of pure copper wires and composite superconducting strands (with embedded brittle Nb3Sn microfilaments) cabled together and inserted in a stainless steel jacket. If the current carrying capacities of individual ITER strand are clearly identified, by a dependence of the critical current on the applied strain and by a statistical quantification of possible microfilaments breakage, the characterization of cable-in-conduit is not yet fully achieved. What are the local strain values of the strands inside CICCs under operating conditions is still an open question. A deeper understanding of how local strains develop and where critical strains appear in complex cabled structures could help to optimize CICCs designs in term of the losses of conductivity.The present work aims at providing for a finite element model of conductors, able to predict local strains, especially the bending strain, at the scale of individual strands. The finite element software, Multifil, initially developed to model various kinds of entangled media, has been adapted to consider the specific issues related to the conductors. The Multifil’s main feature is basically to handle the evolution of contact-friction interactions between wires. In this study, the initial conductors’ geometry (trajectories of all individual wires), a priori unknown, is determined by a simulation of the shaping process by means of moving rigid tools. Starting from formed cables, both the thermal restraint and the transverse Lorentz loads are simulated through successive applications of proper loading. An important part of this thesis is dedicated to the implementation in the code of proper transverse boundary conditions that are relevant to the cable modelling. Moreover, the numerical work is supported by experiments performed at ECP regarding the characterization of the axial and transverse material constitutive law of the strands of the cable. The, experimental and numerical “Force/Displacements” curves, obtained on cables under standard axial and transverse loading, show good agreement. At last, the results of the full conductor simulations (from initial shaping to magnetic loading) are presented for various conductors design. Relevant information at the scale of strands (axial strains across and along the strands of the cable) can be retrieved from these simulations. The careful analysis of these data have led to highlight the high non-uniformity of the axial strains in loaded conductor with occurrence of localized critical strains that could explain the conductivity loss observed in ITER conductors. At last, the mechanical information provided by the Multifil have been put to good use by two different electromagnetic codes, CARMEN and JackPot in order to predict the superconducting properties of the conductor according to the axial strains measured along and across the strand.

Le dimensionnement au crash des structures automobiles en matériaux composites à renforts discontinus tels que les SMC est généralement réalisé sur la base de données expérimentales recueillies sur des matériaux vierges n’ayant subi aucun chargement depuis leur mise en œuvre. Or, les accidents proviennent après quelques années de mise en service durant lesquelles la structure composite est soumise généralement à des sollicitations de type fatigue à plus ou moins grande amplitude. La prise en compte d’un pré-endommagement éventuel en fatigue devient alors essentielle si l’on veut rester réaliste. Par ailleurs, de nouvelles formulations de matériaux composites SMC ont été récemment développées. Leur comportement en fatigue et sous sollicitation rapide étaient jusqu’à lors inexplorés. Cette étude à caractère fortement expérimentale a donc pour but d’apporter la connaissance nécessaire au dimensionnement de structures en matériaux SMC de diverses formulations, notamment le A-SMC et le LD-SMC. Le premier correspond à une matrice vinylester fortement renforcée de mèches de fibres de verre (50%). Le second correspond à une formulation proche de celle d’un SMC standard dans laquelle on a rajouté un fort taux de billes de verre creuse afin de réduire la densité. Une analyse multi-échelle permet de mettre en évidence l’influence de la microstructure sur les phénomènes d’endommagement sous sollicitation quasi-statique, dynamique et fatigue. Des méthodes originales d’analyse expérimentale sont développées afin de corréler ces mécanismes aux comportements macroscopiques observés. Les essais dynamiques rapides optimisés sont réalisés jusqu’à des vitesses de déformation de l’ordre de 80 s-1 et mettent en évidence un comportement visco-endommageable pour les deux matériaux SMC étudiés. Le décalage du seuil d’endommagement et la baisse de la cinétique d’endommagement observés à l’échelle macroscopique sont directement corrélés au seuil et cinétique des mécanismes d’endommagement observés à l’échelle locale telles que la rupture à l’interface fibre-matrice ou bille-matrice, la microfissuration de la matrice et le pseudo-délaminage entre les mèches de fibres de verre. Par ailleurs, une analyse multi-échelle du même type est également réalisée sous sollicitation de type fatigue dans laquelle les fréquences varient de 10 à 100 Hz. Une étude de l’influence des phénomènes d’auto-échauffement sur l’endommagement et le comportement du A-SMC est proposée. Enfin, une analyse originale des propriétés résiduelles sous sollicitation rapide d’échantillons préalablement fatigués à différents niveaux de fraction de durée de vie met en évidence une forte influence de l’histoire du chargement sur la sensibilité du A-SMC à la vitesse de sollicitation. L’ensemble des résultats de cette étude, de par son apport de compréhension des phénomènes mis en jeu, constitue la base expérimentale nécessaire à la construction d’outils de dimensionnement adaptés aux structures SMC sous sollicitations cycliques et dynamiques. / Classically, crash design of automotive composite structures made of discontinuous reinforcements such as SMC is usually based on experimental data obtained from virgin materials without any history of loading. However, crash events always occur after a few years of use during which composite structure is generally subjected to more or less important fatigue loading. Taking into account of a potential pre-damage in fatigue becomes essential if we want to stay realistic. Moreover, new formulations of SMC composites have been developed recently. Up to now, their fatigue and dynamic behavior were never being explored. This study, of a mostly experimental nature, aims to provide the knowledge necessary for design of structures made of various SMC formulations including A-SMC and LD-SMC. The first one is a vinylester matrix reinforced with a high content of glass fibers (50%). The second corresponds to a standard SMC formulation in which we added a high content of hollow glass micro-sphere in order to reduce density. A systematic multi-scale analysis allows to highlight the influence of the microstructure on damage phenomena under quasi-static, dynamic and fatigue loading. Original experimental methods are developed to correlate these mechanisms to the observed macroscopic behavior. Optimized dynamic tests are performed at strain rate up to 80 s-1 and highlight a visco-damageable behavior for the two SMC materials in study. Damage threshold delay and reduction of damage kinetics observed at the macroscopic scale are directly correlated to the threshold and kinetic of damage development observed at the local scale such as fiber-matrix or matrix-microsphere interfaces, matrix micro-cracking and pseudo-delamination between the bundles of glass fiber. Moreover, a similar multi-scale analysis is also performed under fatigue loading in which the frequency ranges from 10 to 100 Hz. A study of the influence of the self-heating phenomenon on the fatigue damage behavior of A-SMC is proposed. Finally, an original analysis of the remaining dynamic properties of samples which were previously submitted to fatigue loading until different levels of lifetime highlights a strong influence of the history of the loading on the strain rate sensitivity of the A-SMC. Considering the high contribution of this study in term of comprehension of the phenomena involved in the mechanical response of SMC materials, all of the experimental findings of this study provide the physical background crucial to build structural design tools for SMC subjected to cyclic and dynamic loading.

Les nouvelles générations d’avions, tant civils que militaires, sont désormais pleinement engagées dans l’électrification des commandes de vol. Afin d’atteindre les nouveaux objectifs et critères mis en place pour le bon développement de ces actionneurs électro-mécaniques, il est nécessaire d’effectuer des études en amont. Ces études portent principalement sur le comportement mécanique et tribologique des pièces en contact afin d’éviter l’évènement le plus redouté qui est le grippage, au sens blocage irréversible du système. En effet, ces actionneurs électro-mécaniques sont soumis à des sollicitations de chargement vibratoires qui induisent des déplacements de très faibles amplitudes entre les pièces en contact. Ces micro-glissements peuvent induire de l’usure, de la fissuration, de l’écaillage, etc. Pour répondre à ces objectifs, les travaux de recherche menés dans cette thèse, ont porté sur quatre axes majeurs. Le premier axe consiste à étudier et déterminer le comportement tribologique des premiers corps en milieu sec, puis en incorporant des traitements de surface. Le second axe a permis de déterminer les différents régimes de lubrification du contact lubrifié à la graisse. Nous avons montré que le régime de lubrification totale est caractérisé par la formation d’un tribofilm lubrifiant et protecteur. Des analyses plus poussées ont portées sur les cinétiques de formation et destruction de ce tribofilm ainsi que sa nature. Le troisième axe est consacré à l’étude du comportement tribologique du contact revêtu en milieu graissé. Le dernier axe de travail est destiné à la mise en place d’outils de simulation et de prévision de l’usure, et donc à posteriori du grippage, en fonction des conditions de chargement. Ces quatre axes d’études complémentaires ont donc permis de mettre en place des outils de comparaison de graisses et de revêtements, de comprendre le comportement du contact étudié ainsi que de développer des outils de simulation. / Electrification of flight controls represents an important milestone for both civil and military next-generation aircraft. A successful development of electro-mechanical actuators used for this type of application not only requires the establishment of a set of appropriate objectives and criteria but also the study of fundamental aspects. These studies mainly focus on the mechanical and tribological behavior of parts in contact with the objective to prevent seizing. Seizing is defined as an irreversible blockage of the system and it can be considered as the worst-case scenario. As a matter of fact, the considered electro-mechanical actuators are subjected to vibrational loads which induce small displacements between the parts in contact. These micro-slidings can result in wear, cracking, scaling and other undesirable phenomena. This PhD thesis is divided into four major topics that each contributes to prevent seizing. More precisely, the first part of this thesis deals with the tribological behavior of the first bodies in dry condition both with and without surface treatments. As a second axis the different lubrication regimes of the greased lubricated interface were determined. We have shown that the total lubrication regime is characterized by the formation of a lubricant and protective tribofilm. A detailed analysis on the nature of the tribofilm as well as on its kinetics of formation and destruction was carried out. The third area is devoted to the study of the tribological behavior of the coated and greased contact. Finally, the fourth axis of this research deals with the question of how we can simulate and predict wear, and seizing as its most severe form, under multiple loading conditions. These four complementary areas allowed us to establish tools for comparison for greases and coatings in order to understand the behavior of the fretted interface and to develop simulation tools.

Ce travail se situe dans le cadre du projet ANR VBD ECOREB qui œuvre avec le projet national PN RECYBETON à la levée des verrous technologiques propres à l’utilisation des granulats recyclés en vue de la formulation des bétons de structure.Pour cette étude six bétons de granulats recyclés correspondant à deux classes de résistance C25/30 et C35/40 et à une classe de consistance S4 sont élaborés. Ces formulations, définies dans le cadre du PN RECYBETON, sont conçues à partir de deux formulations de référence en substituant partiellement ou complètement les granulats naturels par des matériaux issus du recyclage des bétons. Un programme expérimental a été réalisé pour déterminer les propriétés du béton à l’état frais et à l’état durci. Les résultats des essais mécaniques montrent que pour la même classe de résistance à la compression, l’incorporation des granulats recyclés dans le béton induit une diminution de la résistance à la traction et du module d'élasticité .aussi bien qu’une augmentation de la déformation au pic et de la déformation ultime. Sous compression cyclique du type charge-décharge, l’endommagement au pic de contrainte augmente lorsque le taux de substitution est important alors que la vitesse d’endommagement devient plus faible. La campagne d’essais du fluage menée sur des poutres chargées en flexion trois points indique que la cinétique du fluage est influencée par la présence des granulats recyclés et elle est d’autant plus accélérée que le taux de remplacement est important.Les résultats expérimentaux de cette étude ainsi qu’un nombre important des résultats rapportés dans les références bibliographiques ont permis d’évaluer la validité des relations analytiques développées pour prédire les propriétés mécaniques du béton des granulats naturels en vue de leur utilisation pour le béton des granulats recyclés. On montre que ces expressions nécessitent la connaissance de la résistance moyenne à la compression, fcm aussi bien qu’un coefficient qui tient compte de l’effet des granulats recyclés. La comparaison entre les courbes contrainte-déformation obtenues dans le cadre de cette thèse et certains modèles montre, qu’avec les modifications proposées, ils décrivent d’une manière satisfaisante le comportement jusqu’à la rupture. / This work is part of the ANR VBD ECOREB which aims with the project PN RECYBETON to remove the technological locks for the use of recycled aggregates for the formulation of structural concretes.For this study, six concretes of recycled aggregates corresponding to two classes of compressive strength C25 / 30 and C35 / 40 and S4 class of workability are developed. These mixtures, defined in the framework of the PN RECYBETON, are derived from two reference formulations by substituting partially or completely the natural aggregates with materials resulting from the recycling of concretes. An experimental program was carried out to determine the properties of concrete in fresh state and hardened state. The results of mechanical tests show that for the same class of compressive strength, the incorporation of recycled aggregates into the concrete induces a decrease in the tensile strength and the elastic modulus as well as an increase in the peak and ultimate strains. Under loading-unloading compression, the damage at the peak stress increases when the substitution rate is high while the damage rate becomes lower The creep tests carried out on beams loaded under three-point bending indicate that creep kinetics are influenced by the presence of recycled aggregates and is accelerated as the replacement rate is important.The experimental results of the present study together with an extensive number of results reported in the literature have allowed evaluating the current relationships used for predicting mechanical properties of recycled concrete aggregates (RAC). The validity of many analytical expressions of the stress-strain relationship has been also studied and the effect of replacement ratio was taken into account. It was pointed out that design codes relationships dedicated to assess the mechanical properties and the stress-strain compressive curve of natural aggregates concretes (NAC) are not adequate to predict the behavior of recycled aggregates concrete (RAC). It is established that these properties are related to fcm and to a parameter, which takes into account the effect of the recycled aggregates. The comparison between the stress-strain curves obtained in this thesis and some models shows that, with the proposed modifications, these models satisfactorily describe the behavior up to failure.

De par leur diversité et leur large gamme d’applications, les polymères se sont imposés dans notre environnement. Dans le cas d’applications techniques ces matériaux peuvent être exposés à des environnements agressifs conduisant à une altération de leurs propriétés. Les effets de cette dégradation sont reliés à la notion de durée de vie, c'est-à-dire au temps nécessaire pour qu’une propriété atteigne un seuil en dessous duquel le matériau devient inutilisable. Le suivi du vieillissement des matériaux polymères présente donc des enjeux importants. La spectroscopie de fluorescence est une technique qui permet d’apporter certaines réponses à ce problème. Dans le cadre de cette étude, l’accent a été porté sur l’utilisation de la spectroscopie de fluorescence pour l’étude des phénomènes intervenant lors de l’irradiation UV ou de la sollicitation mécanique d’un polymère. Dans le cas du polyéthylène haute densité, l’absence de signal fluorescent intrinsèque impose l’ajout d’un colorant. Ce colorant donnant une réponse en fluorescence dépendant de son microenvironnement, toutes modifications des chaînes du polymère engendrent un déplacement du pic de fluorescence de la sonde. Ce travail peut être séparé en deux grandes parties indépendantes, d’un coté l’influence du vieillissement UV sur la réponse fluorescente et de l’autre l’influence d’une sollicitation mécanique. Dans la première partie, l’utilisation de techniques complémentaires telles que l’IRTF ou l’AED a permis de corréler les différents résultats avec les mécanismes de vieillissement connus du polyéthylène. Les résultats obtenus dans cette partie montrent la grande sensibilité de la spectroscopie de fluorescence aux réarrangements microstructuraux intervenant dans le matériau. Dans la seconde partie, la dépendance entre la contrainte appliquée au matériau et la longueur d’onde de fluorescence a permis a partir de modèles simples d’évaluer les contraintes internes qui se développent au cours d’une sollicitation cyclique. / Due to their diversity and their wide range of applications, polymers have emerged in our environment. For technical applications, these materials can be exposed to aggressive environment leading to an alteration of their properties. The effects of this degradation are linked to the concept of life duration, corresponding to the time required for a property to reach a threshold below which the material becomes unusable. Monitoring the ageing of polymer materials constitute a major challenge. Fluorescence spectroscopy is a technique able to provide accurate information concerning this issue. In this study, emphasis was placed on the use of fluorescence spectroscopy to study the phenomena involved in either the UV radiation or mechanical stresses of a polymer. In the case of high density polyethylene, the lack of intrinsic fluorescent signal leads to the use of a dye. This dye gives a fluorescent response depending on its microenvironment. All modifications in the macromolecular chain generate a shift of the fluorescent peak. This work can be dissociated in two major parts, on one hand the influence of UV aging on the fluorescent response and in another hand the influence of mechanical stresses. In the first part, complementary analyses like FTIR or DSC are used to correlate fluorescent results with known photo degradation mechanisms. The results show the great sensibility of the technique to the microstructural rearrangement in the polymer. In the second part, the dependence between the stress and the fluorescence emission gives opportunity to evaluate internal stresses in the material during cyclic solicitations.

Avec l’augmentation de la pression de confinement, le comportement mécanique des calcairespasse d’un comportement fragile à un comportement ductile. Le régime fragile estcaractérisé par une compaction élastique suivie d’une dilatance macroscopique due à despropagations de fissures. Lorsque les fissures coalescent, la rupturemacroscopique est reliéeà une chute de contrainte. Le régime ductile est caractérisé par une compaction élastiquesuivie d’une déformation macroscopique diffuse. La déformation est accommodée par uneplasticité intracristalline (dislocations, macles) et/ou une fracturation des grains. L’objectif decette thèse est d’examiner expérimentalement les paramètres influant sur le comportementmécanique des calcaires de porosité intermédiaire et de modéliser ce comportement. Lesexpériences ont été réalisées sur le calcaire de Tavel (porosité de 14.7%). / The mechanical behaviour of limestones is brittle at low confining pressure and becomesductile with the increase of the confining pressure. The brittle behaviour is characterisedby a macroscopic dilatancy due to crack propagation, leading to a stress drop when crackscoalesce at failure. The ductile behaviour is characterised by a a diffuse deformation due tointra-crystalline plasticity (dislocation movements and twinning) and microcracking. The aimof this work is to examine the influence of temperature, pore fluid, strain rate, and time onthe mechanical behaviour. Triaxial deformation experiments were performed on white Tavellimestone (porosity 14.7%). The macroscopic behaviour is then modelled.Constant strain rate triaxial deformation experiments and stress-stepping creep experimentswere performed. Elastic wave velocities were inverted in term of axial crack densities. Themechanical behaviour is brittle for constant strain rate deformation experiments performed atPc · 55 MPa. In this case, inelastic deformation is due to cracks propagation. For Pc ¸ 70 MPa,elastic compaction is followed by an inelastic compaction. Porosity collapse is due to intracrystallineplasticity and micro-cracking. After some inelastic compaction, volumetric strainturns to dilatancy because crack nucleate at dislocation pile-ups and their contribution to thestrain becomes predominant compared to plastic pore collapse. In the brittle regime, watersaturationdecreases the differential stress at the onset of crack propagation and enhancesmacroscopic dilatancy. Temperature decreases the confining pressure at the brittle-semibrittle(ductile) transition. A model describing the macroscopic behaviour is derived from (1) a crackpropagation law, (2) a plasticity law for a porous medium, and (3) a law for nucleation of newscracks due to local dislocation pile-ups. The model predicts the volumetric strain, the stresstensor, and the evolution of damage, as a function of applied deformation. Theoretical resultsare in good agreement with experimental observations.

Le projet de recherche présenté dans cette thèse, porte sur la conception et la caractérisation des Bétons Renforcés avec des Fibres et des Poudres (BRFP). Ces renforts (fibres et poudres) utilisés dans le béton, sont issues du recyclage des matériaux composites thermodurcissables (fibre de verre/polyester) hors usage provenant spécialement du secteur automobile (iNoPLAST, France). Dans ce projet de recherche, tous les concepts nécessaires à l'élaboration et l'application des bétons renforcés avec des fibres et des poudres ont été pris en considération. Au total, six mélanges avec différents dosages en fibres et en poudres ont été développés et testés à l'état frais (maniabilité), ainsi que, à l'état durci (essais de traction directe, essais de flexion, essais d'arrachement sur une fibre unitaire et enfin des essais de compression). Un modèle analytique a été proposé par Markovic et appliqué dans cette thèse. Ce modèle développé, basé sur le pontage des fissures par des fibres est appliqué avec succès sur le comportement à la traction du Béton Renforcé avec 11,54% en Fibres et en Poudres. / The project of research presented in this thesis, focuses on the conception and characterization an Fibre and Powder Reinforced Concrete (FPRC). These reinforcements (fibers and Powder) are recycled from thermoset composite parts (polyester matrix/fiber glass) from the automotive sector (iNoPLAST, France). In this research project, all important aspects needed for the development and application of Fibre and Powder Reinforced Concrete have been considered. In total six mixtures, with different types and amounts of fibres and powders were developed and tested in the fresh state (workability) as well as in the hardened state (uniaxial tensile tests, flexural tests, pullout tests of single fibres and compressive tests).An analytical model was proposed by Markovic is applied in this thesis. This model developed, based of the bridging of macrocrack by reinforcement is successfully applied on the behavior of tensile strength with 11,54 % in Fibers and Powders Reinforced Concrete.