Le pourcentage élevé de blessures dues à des traumatismes abdominaux survenant lors d’accidents de la route mais également la nécessité de détecter des maladies (l'hépatite virale, la cirrhose, le cancer etc.), ont conduits plusieurs chercheurs à étudier les propriétés mécaniques des organes abdominaux à la fois in vivo et in vitro. Dans tous les MEF de corps humain actuellement disponibles, les organes abdominaux sont caractérisés par des lois élastiques linéaires ou viscoélastiques linéaires, alors que ces matériaux montrent un comportement non linéaire hyper élastique. L’objectif de ce travail de thèse est de développer des modèles par éléments finis (MEF) robustes des différents organes de l’abdomen tels que le foie, le rein et la rate. Pour ce faire des tests expérimentaux sur chacun des constituants de ces organes ont été réalisés dans le but de caractériser le comportement mécanique de ceux-ci et de déterminer les propriétés mécaniques inhérentes à ces constituants. Pour caractériser mécaniquement ces différents constituants, des tests statiques ont donc été réalisés pour chacun des constituants du foie et du rein porcin à savoir, des tests de traction de la capsule de Glisson et de la capsule rénale ainsi que des veines hépatiques, des tests de compression et de cisaillement pour le parenchyme hépatique et le cortex rénale. Finalement la rate a été testée en compression statique. Les résultats expérimentaux obtenus ont été utilisés afin de caractériser les tissus par des lois de comportement de type hyper élastique, viscoélastique et hyper viscoélastique sous la forme de modèles d'Ogden, Mooney Rivlin et Maxwell et implémentés dans les MEF porcin et humain développés dans le cadre de cette thèse. Ces MEF ont ensuite été validés en regards de tests expérimentaux dynamiques in vivo réalisés sur modèle porcin et vis-à-vis de la littérature pour les MEF d’organes humains. Ainsi, les MEF développés dans cette étude sont les premiers modèles détaillés et validés et peuvent désormais être utilisés dans le cadre de reconstructions d’accidents mais également pour des applications biomédicales dans le but de développer des environnements virtuels de chirurgie, de planifier les actes chirurgicaux et d’aider les chirurgiens à l’apprentissage de gestes. / The objective of this study is to develop robust finite element models of abdominal organs (viz. liver, kidney and spleen), by performing experiments on each organ’s constituents to extract the material properties. Understanding the mechanical properties of the organs of the human body is the most critical aspect of numerical modeling for medical applications and impact biomechanics. Many researchers work on identifying mechanical properties of these organs both in vivo and in vitro considering the high injury percentage of abdominal trauma in vehicle accidents and for easy detection of diseases such as viral hepatitis, cirrhosis, cancer etc. In all the current available finite element human body models the abdominal organs are characterized as linear elastic or linear visco-elastic material, where as the materials actually show a non linear hyper elastic behavior. In this study the organs are modeled for first time as hyper visco-elastic materials and with individual constituents of each (viz. the capsule and veins). To characterize the tissue, static experiments are performed on individual parts of the abdominal organs, like incase of liver, Glisson’s capsule and hepatic veins are tested under static tension where as liver parenchyma is tested under static compression and under shear at low frequency. In case of kidneys, renal capsule is tested under static tension and renal cortex is tested under static compression, where as spleen tissue is tested under static compression. The results of the these experiments are used to characterize the tissues as hyper elastic, visco elastic and hyper visco elastic materials in the form of Ogden, Mooney Rivlin and Maxwell materials. These material models are further used to develop the finite element model of organs for human and pigs. The developed models are validated by performing in vivo dynamic tests on pigs, whereas using dynamic tests data from the literature on human liver and reproducing the same with the numerical approach in the LS Dyna explicit solver. The developed models are observed to be robust and can be used for accident reconstruction as well for biomedical applications viz., to develop virtual surgical environments & to plan surgeries or train surgeons.

La France possède un patrimoine très riche d'ouvrages d'art et de bâtiments fondés sur des pieux en bois. Les ponts construits sur la Loire, sur la Seine, le château de Chambord ou encore le Grand Palais à Paris en sont quelques exemples. Cependant, malgré un parc français important d'ouvrages bâtis sur des pieux en bois, le retour d'expérience sur la portance résiduelle et l'état de dégradation de leurs fondations est faible et non capitalisé. Les principaux objectifs de ce travail, qui s'intègre dans le projet Pieux Bois, sont d'une part, de définir une méthodologie d'analyse des fondations en bois des ouvrages visant à évaluer leur état de dégradation, et d'autre part, de proposer une méthode de dimensionnement des pieux en bois s'appuyant sur les caractéristiques pressiométriques des terrains. L'état de l'art réalisé dans le cadre de ce projet a permis d'identifier une centaine de ponts français construits sur des pieux en bois entre le Moyen-Âge et l'époque industrielle, principalement situés dans le lit des fleuves et de leurs affluents. Les désordres relevés sur ces ouvrages ainsi que les solutions de confortement mises en œuvre pour assurer leur pérennité ont été établis. La méthodologie d'analyse présentée dans un guide d'inspection des fondations en bois élaboré aux Pays-Bas a été validée lors de l'évaluation de l'état de dégradation des pieux de fondation d'un viaduc ferroviaire situé à proximité de Bordeaux. Les propriétés mécaniques de l'interface entre le sol (limon) et le bois ont été étudiées à partir d'une campagne d'essais en laboratoire à la boîte de cisaillement direct. Des essais de cisaillement d'interface avec le mortier et l'acier ont également été réalisés. L'influence de la rugosité des matériaux et de la teneur en eau du limon sur les propriétés de résistance d'interface a été examinée. Les essais de cisaillement en laboratoire ont été complétés par la réalisation de deux plots expérimentaux sur lesquels des pieux en bois ont été battus et chargés en compression. Les pieux ont été préalablement munis d'un système d'instrumentation accueillant un chapelet d'extensomètres amovibles. Les résultats de ces essais de chargement ont été intégrés dans une base de données d'essais de pieux en bois construite à partir de données publiées dans la littérature. La démarche mise en œuvre pour établir les règles pressiométriques présentées dans la nouvelle norme d'application nationale de l'Eurocode 7 a été reprise et modifiée. Les études statistiques menées à partir de cette base de données ont permis de proposer un modèle de calcul des résistances de pointe et de frottement des pieux en bois battus dans les argiles limons et les sables graves / Many buildings and bridges built on timber pile foundations still stand in France. The bridges on rivers “Loire” and “Seine”, the castle of Chambord, the “Grand Palais” in Paris are a few examples of French monuments founded on timber piles. However, despite a large number of buildings and bridges constructed in France, the feedback on the residual bearing capacity and the degradation of timber piles is scarce. The main objectives of this work, which is part of the “Pieux Bois” national research project, are, on the one hand, to define a methodology in order to analyze timber pile foundations degradation, and on the other hand, to propose a design method of timber piles based on the results obtained from pressuremeter tests. The state of the art made in the national project identified about one hundred French bridges built on timber piles between the Middle Ages and the industrial era. They are mainly located in basins of rivers. Pathologies were observed on bridges and reinforcement solutions were implemented in order to avoid any future problems. The methodology for the inspection of timber pile foundations given in the Dutch guide was applied to investigate the degradation of timber piles under an existing railway bridge near Bordeaux. Series of laboratory tests were carried out on soil (silt) and wood with a direct shear box. The mechanical properties of the interface were studied. Shear tests between mortar, steel and silt were also carried out. The influence of material roughness and silt moisture content on the shear strength properties of the interface was examined. In addition, timber piles were driven and loaded on two experimental sites. The timber piles were instrumented with removable extensometers. The results of these load tests were included in a database which contained timber piles loading test results published in literature. The approach adopted to establish the design method of deep foundation based on the results obtained from pressuremeter tests described in the new national standard for application of Eurocode 7 was modified. A new model of calculation of timber piles shaft and base resistance driven in clay silt and sand gravels was determined with statistical studies from this database

L’agro-composite de chanvre/amidon est un nouveau matériau 100% végétal constitué d'amidon et de chènevotte. C’est un matériau durable pour la construction et le bâtiment. L'objectif principal de cette thèse est d’innover, développer et optimiser cet agro-composite ainsi que ses propriétés mécaniques, acoustiques et thermiques. Dans ce travail, des essais expérimentaux sur le comportement mécanique, acoustique et thermique sont réalisées. Un liant particulier et innovant a été préliminairement testé et analysé afin de déterminer une composition optimale. Deux paramètres prépondérants de cette étude sont : le rapport chanvre/amidon (C/A) et la taille des particules de chènevotte. Différents mélanges de particules de chènevotte 0-20 mm, 0-15 mm et 0-5 mm sont donc étudiés en faisant varier le rapport de chènevotte/amidon (C/A) de 6, 8, 10, 12 à 14. La comparaison et l’analyse des résultats permet de mettre en lumière l’influence de chacun des paramètres sur les caractéristiques de notre agro-composite chanvre/amidon. Les agro-composites chanvre/amidon avec des mélanges de particules de chènevotte 0-5/0-15 mm et 0-5/0-20 mm, montrent qu’il existe une formulation qui permet d’obtenir un comportement mécanique optimal, un meilleur comportement acoustique et un excellent comportement thermique. / The hemp/starch agro-composite is a new material consisting of 100% vegetal starch and hemp shives. It is a durable material for building and construction. The aim of this thesis is to innovate, develop and optimize the agro-composites and those properties mechanical, acoustic and thermal behavior. In this work, experimental tests on the mechanical, thermal and acoustic behavior have been carried out. A particular and innovative binder has been preliminarily tested and analyzed in order to determine optimum composition. Both parameters studied are: hemp/starch (C/A) ratio and size of hemp shives. Various mixtures of hemp shives 0-20 mm or 0-15 mm with 0-5 mm were studied by varying the hemp/starch (C/A) ratio from 6, 8, 10, 12 to 14. The comparison and analysis of results allows making the obvious influence of each parameter on the characteristics of our hemp/starch agro-composite. The hemp/starch agro-composite with mixtures hemp shives 0-5/0-15 mm and 0-5/0-20 mm, show that there is a formulation that achieves optimum mechanical behavior, better acoustic behavior and excellent thermal behavior.

Les matériaux composites jouent un rôle de plus en plus important dans notre société et dans de très nombreux domaines (aéronautique, naval, génie civil…), grâce à leurs avantages en terme de légèreté, d’inaltérabilité et de rigidité. Cependant, ils présentent des faiblesses qui peuvent poser des problèmes au niveau de leur utilisation pour les ouvrages de génie civil. Ces faiblesses concernent notamment leur durabilité. A cause des phénomènes viscoélastiques, les propriétés mécaniques des structures en composites évoluent dans le temps. Le fluage et/ou la relaxation sont des facteurs importants qui peuvent considérablement affecter l’application des composites aux structures. Dans ce travail de doctorat, on effectue une analyse sur le comportement à court et à long terme des composites unidirectionnels renforcés par des fibres de verre/carbone. Afin d’obtenir des résultats quantitatifs sur le comportement mécanique de ces composites, différents types des sollicitations mécaniques seront considérés (ex. compression, cisaillement, tension, flexion). Les analyses sont basées sur deux modèles micromécaniques développés par l'équipe MSA. Le premier modèle est de type shear-lag viscoélastique et le deuxième utilise le logiciel éléments finis Abaqus. Ces deux modèles prennent en compte les différents micro-mécanismes de rupture comme la rupture des fibres, la décohésion des fibres/matrice et le fluage de la résine. Plusieurs analyses numériques sont faites afin de valider les différentes hypothèses de la théorie shear-lag. A partir des analyses menées, des améliorations sont apportées sur le modèle type shear lag. Une étude comparative avec les éléments finis a permis de bien valider les résultats obtenus par la méthode shear-lag. Ayant calibré nos modèles type shear-lag et éléments finis, des simulations types court et long terme sont faites sur des composites unidirectionnels renforcées par des fibres de verre et de carbone. Les analyses sont réalisées sur plusieurs échantillons pour chaque type de fibre (Simulation de Monte-Carlo) / Fiber Reinforced Plastic materials (FRP) are beginning to find more and more applications in the civil engineering domain. Besides the use of FRPs for the reinforcement of existing structures, these materials are utilized quite often today for the construction of bridges and even for new buildings made entirely of FRPs. At the matter of fact, the light weight of composite materials is a considerable advantage compared to conventional materials such as steel or concrete. Another advantage is that they have outstanding fatigue and durability potential and that they are in general very tolerant to environmental effects such as UV radiations, moisture, chemical attack and extreme temperature variations. However, the lack of a comprehensive, validated, and easily accessible database for the durability of fiber-reinforced polymer composites as related to civil infrastructure applications is a critical barrier to their usage as main load bearing systems. The creep behavior of these materials and their failure under sustained loads remains an open research topic. This study gives a detailed analysis on the mechanical behavior of unidirectional fiber reinforced composites (UD FRP) subjected to different loading patterns (tension, compression, shear, and flexure). We develop two micromechanical models that allow us to analyze the instantaneous and the long term response of UD composites subjected to different load patterns. The first model is based on the shear-lag theory and the Beyerlein et al.[1998] developments while the second one is established using the finite element software Abaqus. A Comparative study between the two models allowed to validate the fundamental assumptions of the shear-lag theory (first model) as well as several numerical issues related to time integration and spatial discretization. The Monte Carlo method is used in order to account for the stochastic fiber strength and its impact on the ultimate tensile strength (short term) and creep (long term). A parametric investigation on the fiber type and load level/type on the short/long term behavior of UD composites is also presented

L'objectif de cette thèse est d’étudier l'influence du fluage sur les propriétés mécaniques résiduelle du béton. En effet, les sections des éléments d’une structure précontrainte sont majoritairement soumise à une contrainte de compression. En raison de la relaxation des contraintes (due au fluage du béton notamment) et de la charge appliquée, des contraintes de traction peuvent apparaitre au cours de la vie de l’ouvrage. Ainsi, il est nécessaire de connaître la valeur des propriétés mécaniques résiduelles après l'effet de fluage.Le travail se concentre sur le fluage propre (sans échange hydrique avec le milieu environnant) et il comprend une partie expérimentale et une partie numérique. Dans la partie expérimentale, des essais de fluage en compression et en traction indirect (essai Brésilien) ont été effectués sur le béton en utilisant différents niveaux de chargement appliqué à différents âges du béton. A la fin de chaque essai de fluage, un essai quasi statique a été réalisé sur le même béton pour déterminer l'effet du fluage sur les propriétés mécaniques résiduelles. Afin de vérifier l'effet d’une précharge en compression sur la résistance en traction, comme dans le cas d’une structure précontrainte vieillissante ou soumise à un chargement accidentelle, une campagne d’essai Bresilien avec un préchargement quasi statique en compression a également été réalisée. Les résultats montrent que le comportement après fluage dépend fortement de l’âge de chargement et du sens de sollicitation. Numériquement, un modèle mésoscopiques a été utilisé pour simuler le fluage et les propriétés mécaniques après fluage. En effet, sous un chargement constant seule la pâte de ciment flue tandis que les agrégats agissent comme un obstacle à ce fluage. Par conséquent, les contraintes de traction se produisent à l'interface pâte de ciment/agrégats conduisant à microfissures dans cette zone Les déformations viscoélastique sont correctement reproduite à différents niveaux de chargement mais la modification du comportement résiduel du béton ne peut pas être uniquement expliqué par la micro-fissuration / The aim of this study is to evaluate the effect of creep on the concrete mechanical properties evolution. In prestress structures, in the first concrete is completely subjected to compressive stresses. With time, due to relaxation of the prestressed cables and applied load, some tensile stresses may take place in the concrete. So, it is necessary to know the value of the residual mechanical properties after creep effect.The work which concerns only with basic creep (where there is no drying), includes an experimental part and a numerical part. In the experimental part, compressive and tensile (Brazilian) creep tests were carried out on the concrete using different loading levels that applied at different ages of concrete.At the end of each creep test a strength test was carried out on the same concrete for determining the creep effect on the residual mechanical properties. To evaluate the effect of quasi-instantaneous loading in compression and then in tension, some preloading compressive tests were carried out. These tests were accomplished especially to distinguish the effect of quasi-instantaneous effect from that of creep. A quasi-instantaneous compressive test was achieved until a given level and then a Brazilian strength test was carried out to evaluate the effect of compressive preloading on the tensile strength.Numerically, a mesoscopic model was developed for simulating creep and mechanical properties after creep had taken place. The reason for which this mesoscopic technique was used is related to the fact that under the considered loading level of concrete, only the cement paste creeps while the aggregate act as an obstacle to this creep. As a result, tensile stresses arise at cement past-aggregate interface leading to micro cracks at this zone. With this technique, creep strain can generate some damage at mesoscale without any coupling between creep and damage as in sence phenomenological models.

La première partie de ce travail de thèse s'inscrit dans le cadre de la dépollution des eaux contaminées par les polluants organiques persistants et plus en particulier par les résidus pharmaceutiques. Des techniques alternatives telles que les procédés d'oxydation avancée (POA) qui utilisent comme agent oxydant les radicaux OH, ont été appliquées à la dégradation et/ou à la minéralisation d'un polluant médicamenteux, l'Ibuprofène, en milieu aqueux. Il a été choisi comme molécule modèle en raison de son grand volume de prescription et de sa présence prouvée dans les effluents des stations d'épuration et dans les eaux naturelles. Notre étude a consisté notamment à la recherche d'optimisation des paramètres opératoires tels que la concentration de H2O2 et de Fe2+ ainsi que leur rapport pour générer les radicaux hydroxyles par le procédé photo-Fenton, et la concentration (et nature) de l'électrolyte de support et l'intensité du courant appliqué pour les procédés électrochimiques électro-Fenton et oxydation anodique. En outre, l'évolution de la toxicité de cette molécule a été suivie par la méthode Microtox au cours du traitement par le procédé d'oxydation anodique. La cinétique d'oxydation et de minéralisation de l'ibuprofène a été étudiée. La constante de réaction d'oxydation de l'ibuprofène avec les radicaux hydroxyles a été déterminée par la méthode de cinétique de compétition comme 3,84 109 M-1 s-1. Nos résultats montrent que l'application de ces procédés est efficace pour éliminer ce produit pharmaceutique de l'eau. On atteint la dégradation complète du polluant, et une minéralisation quasi-totale de la matière organique. La deuxième partie englobe une étude expérimentale sur les propriétés physiques (à différentes échelles) et le comportement mécanique des Basaltes. On a étudié le comportement mécanique et les modes de rupture d'un basalte poreux des Açores. Les résultats sont obtenus lors d'essais en contrainte triaxiale, en conditions totalement drainées et à température ambiante. Ce basalte présente deux modes de déformation. À faible pression de confinement, les échantillons présentent un comportement mécanique fragile et une déformation localisée (bande de cisaillement). Pour des pressions de confinement plus élevées, le basalte présente un comportement ductile et des compactions localisées (bandes de compaction). Les données mécaniques ont permis de déterminer l'enveloppe complète du domaine élastique. La quantification des propriétés physiques de deux types de basaltes des Galápagos a été effectuée à pression et température ambiante. Dans le but d'étudier l'effet de la fissuration sur les propriétés physiques, les échantillons on été soumis à des traitements thermiques. Enfin, pour étudier la réponse de la roche aux conditions de pression auxquelles elle est soumise en profondeur, des mesures de vitesses des ondes sous pression ont été acquises. Les résultats obtenus et l'utilisation de modèles théoriques ont permis de quantifier la densité de fissures initiales et de celles induites par les traitements thermiques, ainsi que le facteur de forme de celles-ci. L'ensemble des propriétés physiques ont permis de mieux comprendre le rôle du réseau poreux de la roche sur les propriétés physiques. Cette étude de laboratoire a été nécessaire pour l'interprétation des données recueillies in situ par sismique réfraction / The first part of this thesis is focused on the remediation of waters contaminated with persistent organic pollutants, in particular pharmaceutical products. Alternative technologies such as the advanced oxidation processes (AOPs), which based on the generation of hydroxyl radicals OH, were applied to the degradation and/or mineralization of a pollutant drug, ibuprofen, in aqueous medium. We chose this pollutant as a model molecule to study due to its large volume of prescription and to its proved presence in the effluents of sewage plants and natural waters. The main objective of this work was the optimization of operational parameters of the applied AOPs. The concentration of H2O2 and Fe2+ reagents ratio to generate hydroxyl radicals for photo-Fenton process, and supporting electrolyte concentration (and the nature) and the applied current for both electro-Fenton and anodic oxidation processes. The oxidation and mineralization kinetics of the ibuprofen were studied and the absolute rate constant for the oxidative degradation of ibuprofen was determined by the competition kinetic method, being 3,84 109 M-1s-1. Toxicity tests of the drug solutions during the anodic oxidation process were carried out by the Microtox method. Our results show that these methods are effective for the degradation of this pharmaceutical product from water. Ibuprofen was completely degraded and the organic matter was almost completely mineralized after the application of these processes. The second part of the thesis includes an experimental study of the physical properties (at different scales) and the mechanical behavior of basaltic rocks. We studied the mechanical behavior and the failure modes of a porous basalt from Azores. Results were acquired under triaxial compression experiments on water saturated samples at room temperature. This basalt presented two modes of deformation. At low confining pressure, the samples exhibited a brittle mechanical behavior and a localized deformation (shear band). For higher confining pressure, this basalt showed a ductile behavior and localized compactions (compaction bands). The mechanical data allows us to plot the full yield surface for the porous basalt. The quantification of the physical properties of two types of basalts from the Galapagos was performed at room temperature and pressure. In order to study the effect of cracking on the physical properties of these basalts, samples were subjected to thermal treatments to induce thermal crack damage. Finally for the less porous basalt, measures of wave velocities under the pressure at which it is subjected in depth were acquired. The obtained results and the following application of models with them allow quantifying the density of initial cracks and of those induced by thermal treatments, as well as quantifying the aspect ratio of cracks. The studied physical properties led to better understand the role of the pore network of the rock in these physical properties. This laboratory study was necessary for the interpretation of data collected in situ by seismic refraction method

En conditions hypothétiques d’accident par perte de réfrigérant primaire, la gaine en alliage de zirconium des crayons combustibles des réacteurs nucléaires à eau pressurisée peut être temporairement exposée à de la vapeur d’eau à haute température (jusqu’à 1 200°C) avant d’être refroidie puis trempée à l’eau. Dans certaines conditions, après éclatement, la gaine peut absorber une quantité très importante d’hydrogène (hydruration secondaire), pouvant atteindre 3 000ppm mass. localement, lors du maintien sous vapeur d’eau à haute température.Cette étude porte sur l’effet, peu étudié jusqu’alors, de fortes concentrations en hydrogène sur les caractéristiques métallurgiques et mécaniques de deux alliages de zirconium, le Zircaloy-4 et le M5®, au cours et après refroidissement depuis le domaine des hautes températures, auxquelles le zirconium est en phase β. Un protocole a été mis au point afin de charger en hydrogène, de manière homogène jusqu’à ~3 000ppm-mass., des tronçons de tube de gainage de plusieurs centimètres de long. Les transformations de phases, la ségrégation des éléments chimiques et la précipitation des hydrures lors du refroidissement depuis le domaine d’existence de la phase β du zirconium ont été étudiées, pour les matériaux contenant jusqu’à ~3 000ppm-mass. d’hydrogène en moyenne, au moyen de différentes techniques : diffraction de neutrons in-situ en cours de refroidissement depuis 700°C, diffraction de rayons X, µ-ERDA, et microscopie électronique notamment. Les résultats ont été confrontés à des prévisions thermodynamiques. Puis, pour étudier l’effet de fortes teneurs en hydrogène sur le comportement mécanique de la phase (ex-)β du zirconium, des essais de traction axiale ont été effectués à différentes températures entre 20 et 700°C, au cours du refroidissement depuis le domaine de phase β, sur des échantillons contenant jusqu’à ~3 000ppm-mass. d’hydrogène en moyenne. Les résultats montrent que les propriétés métallurgiques et mécaniques de la phase (ex-)β des alliages de zirconium dépendent fortement de la température et de la teneur en hydrogène. / Under hypothetical loss-of-coolant accident conditions, fuel cladding tubes made of zirconium alloys can be exposed to steam at high temperature (up 1 200°C) before being cooled and then quenched in water. In some conditions, after burst occurrence the cladding can rapidly absorb a significant amount of hydrogen (secondary hydriding), up to 3 000wt.ppm locally, during steam exposition at HT.The study deals with the effect, poorly studied up to date, of high contents of hydrogen on the metallurgical and mechanical properties of two zirconium alloys, Zircaloy-4 and M5®, during and after cooling from high temperatures, at which zirconium is in its β phase. A specific facility was developed to homogeneously charge in hydrogen up to ~3 000wt.mass. cladding tube samples of several centimeters in length. Phase transformations, chemical element partitioning and hydrogen precipitation during cooling from the β temperature domain of zirconium were studied by using several techniques, for the materials containing up to ~3 000wt.ppm of hydrogen in average: in-situ neutron diffraction upon cooling from 700°C, X-ray diffraction, µ-ERDA, EPMA and electron microscopy in particular. The results were compared to thermodynamic predictions. In order to study the effect of high hydrogen contents on the mechanical behavior of the (prior-)β phase of zirconium, axial tensile tests were performed à various temperatures between 20 and 700°C upon cooling from the β temperature domain, on samples with mean hydrogen contents up to ~3 000ppm-mass.The results show that metallurgical and mechanical properties of the (prior-)β phase of zirconium alloys strongly depend on temperature and hydrogen content.

L’objectif de cette thèse est de proposer une stratégie simplifiée et précise pour caractériser et modéliser le comportement mécanique des polymères amorphes de l'état quasi-fluide à l'état solide.L'étude a été réalisée sur des PMMA de masses molaires et de degré de réticulations différentes.D’abord, le comportement mécanique dans le domaine viscoélastique linéaire est étudié à l'aide de tests DMTA et rhéologiques. Il ressort de l’étude que l'augmentation de la masse molaire et du degré de réticulation augmentait les modules de stockage et de perte en tant que la transition α. En parallèle, l'utilisation du principe de superposition temps-température a permis de déterminer «des vitesses de déformation équivalentes à la température de référence».Ensuite, le comportement mécanique à grande déformation est étudié par essais cycliques en traction uni-axial et de cisaillement à haute température et couplés à la DIC. De plus, les effets de la vitesse de déformation et de la température ont été couplés grâce à "vitesse de déformation équivalent à la température de référence" extrait des observations dans le domaine linéaire. Les résultats ont montré que cibler la même vitesse de déformation équivalente conduira aux mêmes courbes contrainte-déformation, c'est-à-dire la même réponse mécanique. Ceci permet de réduire le nombre de tests expérimentaux nécessaires pour caractériser le comportement mécanique des polymères amorphes.Enfin, un modèle basée dans un cadre thermodynamique a été utilisée pour reproduire la réponse mécanique des PMMAs à grande déformation. Le modèle présentait un bon accord avec les données expérimentales, étant capable de reproduire des comportements visco-élasto-plastiques, viscoélastiques, hyperélastiques et visco-hyperelastiques pour la traction cyclique. / The present PhD thesis proposes a simplified and accurate strategy for characterising and modelling the mechanical behaviour of amorphous polymers from the quasi-fluid state up to the solid state.The study was carried out on PMMAs with different molar masses and crosslinking degree.First, we addressed the mechanical behaviour in the linear viscoelastic domain using DMTA and rheological tests. Results showed that increasing the molar mas and crosslinking degree increased the elastic and loss moduli as the α-transition. In parallel, using the time-temperature superposition principle allowed determining “equivalent strain rates at reference temperature”.Then, we performed uniaxial tensile and shear uploading-unloading tests at high temperature and coupled with DIC, to characterise the mechanical behaviour at large strain. Additionally, strain rate and temperature effects were coupled by means of the “equivalent strain rate at reference temperature” extracted from observations in the linear domain. Results showed that targeting the same equivalent strain rate lead to the same stress-strain curves, i.e. same mechanical response. This allows reducing the number of experimental tests needed to characterise the mechanical behaviour of amorphous polymers.Finally, a constitutive modelling based in a thermodynamics framework, was used to reproduce the mechanical response of the PMMAs at large deformation. The model presented a good agreement with the experimental data, being able to reproduce viscoelastoplastic, viscoelastic, hyperelastic and viscohyperelastic behaviours for cyclic loading tensile.

Ce travail s’inscrit dans un contexte de développement des réacteurs de quatrième génération. Il concerne plus particulièrement la partie composite du gainage tubulaire de type sandwich envisagé par le CEA pour les réacteurs RNR-NA/Gaz. Le renfort est mis en forme par tressage et l’étude se focalise sur des composites tressés interlocks. Ces structures relativement nouvelles nécessitent une caractérisation mécanique poussée. Deux protocoles expérimentaux ont été développés permettant la réalisation d’essais de traction et de pression interne sur tube. Trois textures différentes ont ainsi été caractérisées. En parallèle un modèle multi-échelle a été mis en place permettant de relier la microstructure aux propriétés mécaniques du tube. Ce modèle est validé dans le domaine élastique sur une des textures caractérisées. Une première approche de l’endommagement de la structure est abordée et une amélioration possible du protocole est proposée. / This work is part of the development of the IVth generation of nuclear reactors. It relates more precisely to the composite portion of the sandwich type tubular cladding considered by the CEA for RNR-NA/Gaz type reactors. The texture is formed by a braiding technique and the study focuses on interlocks braided composite. These relatively new structures require extensive mechanical characterization. Two experimental protocols were developed to conduct tensile and internal pressure tests on tubes. Three different textures have been characterized. In addition, a multi-scale model was developed to connect the microstructure of the tube to its mechanical properties. This model is validated for the elastic behavior of a characterized texture. A first approach to the damage in the structure is proposed and a possible improved protocol is discussed.

Les arbres, enracinés au sol, adaptent leur développement à leur environnement fluctuant et en particulier aux conditions mécaniques imposées en permanence par le vent. Les tempêtes des dernières décennies ont mis en lumière le rôle majeur, pour la survie à long-terme des arbres, du processus d’acclimatation aux contraintes mécaniques dues au vent. Au premier ordre, le vent exerce principalement des efforts de flexion répétés sur les branches et tiges des arbres qui tendent à osciller pendant les épisodes venteux. Ces flexions entrainent une modification de la croissance des arbres en hauteur, en diamètre ou au niveau du système racinaire mais également la formation d’un bois à l’anatomie et aux propriétés particulières ; lequel est désigné par le terme « bois de flexion ». Au cours de ces travaux de thèse, nous avons développé des dispositifs expérimentaux originaux nous permettant, d’une part, d’appliquer des traitements de flexions unidirectionnelles répétées sur des tiges de jeunes peupliers, en contrôlant l’amplitude des déformations appliquées à la tige, et d’autre part, de contrôler différents niveaux de stress hydrique. Les suivis de croissance pendant une saison de végétation complète ont montré que l’acclimatation mécanique des arbres est un processus qui, bien que très couteux en matière de construction de biomasse, s’avère primordial et se met en place même lors de conditions de stress hydrique sévère. De plus, nous avons pu démontrer que l’augmentation de biomasse liée à cette acclimatation s’effectue principalement dans les zones où les déformations tissulaires sont les plus fortes ; conduisant ainsi à des géométries de sections particulières qui accroissent considérablement la rigidité de flexion des tiges. Une modélisation mécanique par éléments finis a aussi permis de révéler que ces configurations issues de l’acclimatation conduisent à une meilleure répartition des contraintes mécaniques, en abaissant en particulier l’intensité des contraintes maximales de compression subies par le bois. Afin de descendre dans les échelles spatiales, nous avons développé des outils et des méthodes de caractérisation originaux qui ont permis de mesurer, au niveau tissulaire, l’impact des différents types de sollicitations (compression et/ou traction répétées), engendrées au cours d’une flexion de tige, sur les propriétés hydrauliques et mécaniques du bois vert ; tant du point de vue des propriétés usuelles (comportement élastique, conduction hydraulique) que du point de vue des fonctions de sécurité (rupture, sensibilité à la cavitation, …). Nous avons alors pu mettre en évidence le comportement singulier du bois formé sous sollicitations de compressions répétées qui montre en particulier une nette augmentation de sa capacité à subir des déformations importantes avec un endommagement très réduit. L’ensemble des résultats expérimentaux et de modélisation aux échelles tissulaires comme de l’organe entier, indique que les acclimatations de la croissance secondaire et des propriétés intrinsèques du matériau bois procurent un bénéfice mécanique pour la pérennité de l’arbre dans son environnement venteux fluctuant. / Trees, anchored in the ground, adjust their development to their fluctuating environment and particularly to the mechanical conditions daily imposed by wind. Storms of last decades enlightened that acclimation of trees to mechanical stresses due to wind is a vital requirement for their long-term survival. Wind mainly leads to repeated bending of the branches and stems of trees that swing during windy events. These bending cause a modulation of trees growth in height, in diameter or at the level of the root system but also imply the formation of a wood with specific anatomy and properties; this wood was defined as “Flexure wood”. In our work, we developed original experimental setups in order to apply a treatment of repeated unidirectional bending to the stem of young poplars, while controlling the magnitude of the strains applied to the stem. The setup controlled different levels of hydric stress too. The monitoring of the growth during a growing season showed that the mechanical acclimation is a process that, although costly in terms of biomass construction, turns out to be essential and takes place even under severe hydric stress. Besides, we demonstrated that the increase of biomass, linked to this acclimation, is mainly provided in the areas where tissue strains are the highest; leading to specific cross-section geometries that considerably increase the stem bending rigidity. A mechanical modelling using Finite Elements also enlightens that these configurations, due to acclimation, lead to a better distribution of mechanical stresses, especially by decreasing the intensity of maximal compressive stresses endured by wood. In order to investigate the microscopic scale, original experimental devices were developed at the tissue scale to measure the effect of different mechanical stresses (repeated compression and/or tension), applied by stem bending, on the hydraulic and mechanical properties of green wood; as much in terms of usual properties (elastic behaviour, hydraulic conduction) as in terms of security functions (rupture, sensibility to cavitation, …). Thus, we enlighten the specific behaviour of wood formed under repeated compressive stresses that shows a significant increase of its ability to withstand high levels of strains with a very reduced damaging. The whole experimental and modelling results, as much at the tissue scale as at the tree scale, points out that the acclimations of secondary growth and wood properties provide a mechanical benefit for tree sustainability in its fluctuating windy environment.