Les aciers inoxydables duplex présentent une combinaison intéressante entre des propriétés mécaniques élevées, une faible conductivité thermique et un coût relativement faible. Ils sont couramment employés dans le domaine du bâtiment comme rond à béton, application qui requière notamment une résistance élevée (Rm > 950 MPa) et une ductilité importante (A% > 15). Cette thèse a pour objectif d’améliorer le compromis résistance / allongement, en développant de nouvelles nuances duplex présentant une transformation martensitique induite par la plasticité (effet TRIP) aux caractéristiques contrôlées. L’optimisation de ce compromis a nécessité en particulier une compréhension détaillée des mécanismes de transformation et de déformation plastique associés à chaque phase : la ferrite (BCC), l’austénite (FCC) et la martensite (BCC).L’influence de la transformation martensitique sur le comportement mécanique est étudiée pour quatre alliages duplex de stabilité variable de la phase austénitique en fonction de leur composition chimique. L’influence d’une microstructure multiphasée sur la cinétique de transformation est déterminée grâce à l’élaboration de trois nuances modèles représentant respectivement une nuance duplex et es deux compositions représentatives de ses constituants austénite et ferrite. L’utilisation de plusieurs techniques de caractérisation à différentes échelles a permis de décrire à la fois les mécanismes de transformation de phase et leur cinétique en fonction de la déformation, donnant ainsi accès à leur influence sur le comportement mécanique. L’étude des champs cinématiques a mis en évidence l’impact de la phase martensitique sur la répartition des déformations dans la microstructure multi-phasée. Finalement l’utilisation d’un modèle mécanique prenant en compte explicitement la transformation martensitique a permis de reproduire le comportement mécanique d’un alliage duplex. / Duplex stainless steels offer an attractive combination of high mechanical properties, low thermalconductivity and a relatively low cost. They are increasingly used as structural materials such as inthe construction sector as concrete reinforcement bars, where both high strength (Rm > 900 MPa)and high elongation to failure (A% > 15 %) are required. This thesis aims at improving the strength/ elongation compromise by developing new duplex stainless steel compositions experiencing a wellcontrolledmartensitic transformation induced by plasticity (TRIP effect). The optimisation of thiscompromise has required a good understanding of the transformation mechanisms and of plasticdeformation associated with each phase : ferrite (BCC), austenite (FCC) and martensite (BCC).The influence of martensitic transformation on mechanical behavior has been studied in four duplexgrades of variable austenite stability as a function of their chemical composition. The influence ofmultiphase microstructure on martensitic transformation kinetics has been determined by makingthree alloys respectively representative of a duplex grade and its two constituents (austenite andferrite). Using multiple characterization techniques at different scales has allowed determiningboth the transformation mechanisms and its kinetics as a function of strain, giving thus accessto the influence of transformation on the mechanical behavior. The study of kinematic fields hashighlighted the impact of the martensitic phase on the distribution of deformations. Finally, theuse of a mechanical model taking explicitly into account the phase transformation has allowed theduplication of the mechanical behavior of a duplex stainless steel.

L'objectif dans cette recherche expérimentale est de contribuer à la compréhension des phénomènes de l'endommagement et de la fissuration dans les sols argileux saturés sous chargement hydrique (dessiccation) et mécanique (chemins de contrainte). L'étude mécanique est axée sur l'identification des propriétés élastiques du matériau endommagé sous chargement triaxial à différents niveaux et chemins de contrainte. Les principaux points traités étaient, l'influence de la contrainte de consolidation (p'ic), du degré de surconsolidation (OCR) et du chemin de contrainte sur la vitesse d'onde de compression. Les résultats montrent que les propriétés élastiques sont affectées et évoluent avec la déformation. La contractance semble augmenter la vitesse d'onde de compression à mesure que p'ic croît et densifie le matériau. En revanche, la dilatance semble plutôt diminuer la vitesse d'onde de compression. Par ailleurs, différents chemins triaxiaux conduits à un niveau de contrainte donné ont montré que les vitesses d'onde sont très proches si les chemins sont normalement consolidés. Les vitesses sont proches également si les chemins sont surconsolidés. En revanche, à un même état de contrainte, la vitesse d'onde est différente si on compare un chemin normalement consolidé avec un chemin surconsolidé. La deuxième partie de l'étude porte sur une analyse approfondie des mécanismes d'amorçage et de propagation des fissures sous dessiccation libre et contrôlée d'une argile initialement saturée. L'analyse via la corrélation d'images numériques (CIN) a permis, en premier lieu, une caractérisation multiéchelle du phénomène de retrait opéré au cours du séchage. Différents phénomènes ont été identifiés : le phénomène de relaxation, caractérisé par un changement de signe de la déformation locale extension / compression, le mécanisme de fissuration par extension (mode I), identifié par la cartographie des directions des déformations principales. L'étude a été complétée par des essais de traction indirecte par flexion 3 points réalisés sur des poutrelles de kaolin K13 initialement soumises à différentes succions. L'effet de la succion initiale sur la résistance à la traction a donc été observé. Les résultats montrent que plus la succion initiale est élevée, plus la pente de la courbe de variations de la résistance à la traction est élevée. D'autre part, la déformation de la zone tendue de la poutrelle atteint sa valeur critique lorsque la contrainte atteint la résistance maximale à la traction de l'argile / The objective of this experimental research is to contribute to understanding phenomena of damage and cracking in saturated clay soils under hydric loading (desiccation) and mechanical loading (stress paths). Mechanical study focuses on identifying the elastic properties of the damaged material under triaxial loading at different levels and stress paths. The main issues were the influence of; the consolidation stress (p'ic), the overconsolidation ratio (OCR) and the stress path on the compression wave velocity. The results show that the elastic properties are affected and evolve with strain. Contractancy appears to increase the compression wave velocity as p'ic increase and densifies the material. However, dilatancy seems rather decrease the compression wave velocity. Moreover, various triaxial paths performed at a given stress level showed that the wave velocities are very close if the paths are normally consolidated. Velocities are also close if the paths are overconsolidated. However, at the same stress state, the wave velocity is different when comparing a normally consolidated path with an overconsolidated path. The second part of the study focuses on a thorough analysis of the cracks' initiation and propagation mechanisms under free and controlled desiccation on initial saturated clay. Analysis via the digital image correlation (DIC) allowed, first, a multi-scales characterization of the shrinkage phenomenon operated during drying. Different phenomena were identified; the relaxation phenomenon characterized by a change of the local strain's sign extension / compression, the cracking mechanism by extension (mode I) identified by the map of the directions of the principal strains. The study was completed with indirect tensile tests by bending performed on kaolin k13 beams initially submitted to different suctions. The effect of the initial suction on the tensile strength has been observed. The results show that more the initial suction is high, the greater the slope of the curve of changes in the tensile strength is high. On the other hand, strain of the tension zone of the beam reaches its critical value when the stress reaches the maximum tensile strength of the clay

Ce travail est centré sur l'étude du décollement de couches minces adhérentes à base cimentaire sur un substrat en béton sous chargement mécanique. Comme matériaux de réparation, des mortiers renforcés par des fibres et/ou incorporant des granulats en caoutchouc sont utilisés. Dans ces conditions, l'étude de la durabilité des réparations implique nécessairement celle de la dégradation de la résistance sous chargement de fatigue. Dans ce contexte, des essais de fatigue par traction, contrôlés par l'ouverture de la fissure (CMOD) sont effectués sur des échantillons composites afin d'établir la loi de dégradation de la résistance du mortier renforcé par des fibres et / incorporant des granulats en caoutchouc. Les résultats montrent que, pour une ouverture de fissure maximale donnée, la résistance résiduelle diminue avec le nombre de cycles et ce quelle que soit la nature du composite. La dégradation maximale de la résistance résiduelle se produit dans le cas du mortier non fibré. Pour des grandes ouvertures de fissure, un renfort par des fibres permet de limiter cette dégradation sous un chargement de fatigue. Dans le cas du mortier incorporant des granulats en caoutchouc, la dégradation de la résistance résiduelle est limitée pour les petites ouvertures de fissure. Une association granulats caoutchouc-renforcement par des fibres permet de limiter les dégâts sur une large étendue d'ouvertures de fissure. Cette solution confère au composite un intérêt pour une application durable dans le cas des réparations minces adhérentes à base cimentaire. En tenant compte des principales pathologies rencontrées dans cette application tels que la fissuration de la couche de réparation suivie par le décollement de l'interface, différentes techniques de préparation de la surface du support ont été évaluées. Parmi celles-ci, un traitement de la surface par sablage, facile à mettre en œuvre dans les conditions réelles, a été utilisé. Pour évaluer la performance structurale, des poutres composites constituées d'un rechargement mince sur des substrats dont la surface a été préalablement traitée par sablage ont été soumises à des essais de flexion trois points (monotone et fatigue). Pour le suivi de l'évolution de la fissuration dans le rechargement et du décollement à l'interface, la technique de corrélation d'image 3D est employée. Il en résulte que l'incorporation des granulats caoutchouc dans le matériau de réparation est efficace pour contrôler la fissuration, et par conséquent pour retarder l'initiation du décollement. De plus, le renforcement du matériau de réparation par des fibres est également efficace pour limiter la propagation du décollement en contrôlant l'ouverture de la fissure. Ainsi, l'utilisation simultanée des granulats caoutchouc et des fibres dans le matériau de réparation par couches minces à base cimentaire peut être une solution appropriée pour retarder l'initiation du décollement et également pour limiter sa propagation, autrement dit pour la durabilité de l'application. Les granulats en caoutchouc utilisés étant obtenus par broyage de pneus usagés non réutilisables, cette approche apporte une valeur ajoutée en valorisant un sous produit industriel et en contribuant à la sauvegarde d'un environnement sain. / This work is devoted to the study of the debonding of thin bonded cement-based overlays from the concrete substrate under mechanical loading. As repair materials, fiber-reinforced and rubbberized cement-based mortars are used. Under these conditions, assessment of durability of the repairs necessarily involves the study of the degradation of the bridging strength under fatigue loading. In this context, tensile fatigue tests controlled by crack mouth opening displacement (CMOD) are conducted on composite specimens in order to establish the degradation law of fiber-reinforced and/or rubberized mortar. The bridging strength decreases with the number of fatigue cycles for the same maximum crack width, whatever the nature of the composite. The maximum cyclic bridging strength degradation occurs in plain mortar. The cyclic bridging strength degradation for large pre-cracked widths is limited for mortar reinforced with metallic fibers. In case of rubberized mortar, cyclic bridging strength degradation is limited at less pre-cracked width values. A combine use of rubber aggregates and fibers in mortar appeared to be a suitable solution to limit the cyclic bridging strength degradation for a wide range of pre-cracked widths. It confers to the composite an interest for durable application such as cement-based thin bonded overlays. Taking into account the main cause of distress in thin bonded cement-based applications i.e. cracking and interface debonding, different surface preparation techniques were evaluated in this research. Among them, the sandblasting one is usually implemented in actual conditions. In order to investigate the structural performance, composite beams consisting of a thin repair layer on top of sandblasted substrates are subjected to three point bending tests (monotonic and fatigue). For monitoring the evolution of cracking in the repair layer and of debonding at interface, digital 3D image correlation technique is used. It emerges as a conclusion that the rubber aggregates incorporation in repair material is helpful to control micro-cracking, which results in the delay of the debonding initiation. Moreover, a fiber-reinforcement of repair material is also helpful to limit the interface debonding propagation by restraining opening of the crack. So, the dual-use of rubber aggregates and fibers in the repair material of thin bonded cement-based overlays can be a suitable solution to delay the debonding initiation and also to limit the interface debonding propagation. This shows that the synergetic effect provided by the combine use of rubber aggregates and fibers remains valid under fatigue loading also. The used rubber aggregates are obtained by grinding end-of-life tyres. In such conditions, the approach brings an added value, the recycling of this industrial by-product being also a contribution to the maintenance of a clean environment. Incidentally, this approach also helps towards the development of a circular economy.

Ce travail s'inscrit dans une stratégie d'investigation expérimentale et numérique des mécanismes d'enlèvement de la matière lors de l'usinage de l'alliage de titane Ti-6Al-4V. Il aborde un problème complexe, fortement couplé, faisant intervenir la thermique et la mécanique aux petites échelles (micrométrique). Le manque de moyens de mesure dédié à ces échelles de temps et de l'espace (phénomènes rapides et très locaux) ne permet pas, à ce jour, d'appréhender précisément les phénomènes thermomécaniques mis en jeu pendant la formation de copeau. De ce fait, un dispositif spécifique, appelé VISIR, répondant à cette problématique a été mis en place. La partie expérimentale s'est donc orientée vers une compréhension plus fine des mécanismes d'enlèvement de la matière. Elle a notamment permis de mettre en évidence l'évolution de grandeurs mécaniques et thermiques durant la formation des festons mais surtout le couplage entre la température et la vitesse de déformation. Basée sur les constatations expérimentales, une étude du comportement thermomécanique de cet alliage a été mis en place. Des essais en cisaillement dynamique à travers des éprouvettes chapeau ont permis d'identifier par méthode inverse une nouvelle loi de comportement couplée en température et en vitesse de déformation. De plus, une étude de l'endommagement s'est appuyée sur l'identification et l'évaluation de huit critères communément utilisés dans le domaine de mise en forme a permis de proposer une nouvelle loi, inspirée du critère de Tresca, couplée au comportement. L'intégralité de ces formulations couplée à un modèle de frottement Stick-Slip ont enfin été implémentés dans un modèle EF 3D. La confrontation expérimentale/numérique en termes de grandeurs mécaniques et thermiques a révélé la robustesse et l'aspect prédictif du modèle EF développé. Enfin, les résultats de cette étude ont permis de développer une discussion détaillée sur les mécanismes d'enlèvement de la matière et plus particulièrement les complexes trajet des fissurations. / This work develops an experimental and numerical strategy in order to investigate material removal of titanium alloy Ti-6Al-4V during machining process. It therefore intends to tackle a complex and strongly coupled problem, involving thermal and mechanical aspects at small scales (micrometric). The lack of measuring means dedicated to such scales in terms of time and space (rapid and strongly local phenomena) does not allow yet to precisely apprehend the thermomechanical phenomena involved during the chip formation. As a result, a specific device, called VISIR, that addresses this issue has been set-up. The experimental aspect of this work has therefore been oriented towards a more precise understanding of the material removal mechanisms. It allowed to observe the evolution of mechanical and thermal quantities during the chip formation and more precisely the strong coupling between the temperature and the strain rate. Based on these experimental insights, the thermomechanical behavior of this alloy has been studied through dynamic shear tests using hat-shaped specimens. It allowed to identify through inverse method a new constitutive equation coupled in temperature and strain rate. In addition, a study on damage is conducted. It is based on the identification and the evaluation of eight criteria commonly used in the material forming process. This leads to proposing a new damage equation, inspired from the Tresca criterion and coupled to material plastic behavior. All of these formulations along with a Stick-Slip friction model have finally been implemented in a 3D FE orthogonal cutting model. Experimental/numerical comparison in terms of mechanical and thermal quantities revealed the robustness and predictive aspect of the developed FE model. Finally, the results of this study allowed to develop a detailed discussion on the material removal mechanisms and more particularly the complexe cracks paths.

L'industrie se tourne de plus en plus vers les matériaux composites. A l'échelle de la microstructure leur comportement est fortement hétérogène mais à l'échelle de la structure ceux-ci peuvent être considérés homogène. Les méthodes multi-échelles ont été développées pour résoudre les problèmes de structure avec un temps de calcul raisonnable. Ces méthodes sont validées par comparaison avec un calcul numérique où les hétérogénéités sont entièrement maillées. Dans ce travail de thèse, une structure architecturée modèle a été créée au centre d'une plaque (homogène) mince en acier inoxydable (304L). La cellule unitaire du matériau architecturé est constitué d'un carré avec un trou au centre. L'utilisation d'une caméra à très haute résolution (270 millions de pixels) permet de suivre simultanément l'évolution des déformations aux échelles microscopique et macroscopique. La variation de l'orientation de la structure architecturée modifie les sollicitations appliquées aux cellules unitaires. Les expériences réalisées ont pour but d'analyser les cinématiques de déformation des cellules unitaires sous un chargement multi-axial. La recherche des cellules ayant une cinématique périodique est réalisée. Il est ainsi montré que les cellules avec une cinématique non périodique correspondent à la zone de transition entre le matériau architecturé et le matériau homogène. La connaissance des cinématiques des cellules permet d'investiguer les changements d'échelles dans le domaine linéaire et non-linéaire. Le passage de l'échelle macroscopique à l'échelle microscopique est particulièrement étudié avec le choix des conditions aux limites. Le remplacement des cellules ayant une cinématique périodique par un milieu homogène équivalent (MHE) est traité. La géométrie de la cellule unitaire introduit des symétries dans le comportement du MHE, celui-ci devient cubique. Les caractéristiques élastiques du MHE sont obtenus par homogénéisation à partir des résultats expérimentaux. Un critère de Tsaï-Hill est identifié dans le domaine non-linéaire. Le dernier chapitre s'intéresse à la fissuration de la zone architecturée et à l'initiation de la localisation des déformations dans les cellules. Le support de la localisation est calculé à partir du champ des déformations mesuré par CIN. La cinématique de la cellule est enrichie avec une discontinuité et le saut de déplacement normal à la localisation est identifié. Une comparaison avec le saut de déplacement calculé par corrélation d'images étendue à l'échelle macroscopique est menée afin de valider la stratégie d'identification à l'échelle microscopique. / Industry employ more and more composite materials in structures todecrease the weight. At the microstructure scale behavior is strongly heterogeneous but at the structure scale behaviour may be considered homogeneous. Multiscale methods have been developed to solve the structural problems with a reasonable calculation time. These methods are validated by comparison with a numerical calculation where heterogeneities are fully meshed. In this thesis work, an ideal architectural material was created in the center of a (homogeneous) stainless steel (304L) thin plate. The unit cell architecture material consists of a square with a hole in the center. The use of a high resolution camera (270 million pixels) allows to follow simultaneously the evolution of deformation at microscopic and macroscopic scales. The orientation of the heterogeneous structure modifies the sollicitations applied to the unit cells. The experiments are designed to analyze the kinematics of deformation of the unit cells in a multi-axial loading. Unit cells with periodic kinematics are searched. It is thus shown that the cells with a non-periodic kinematic correspond to the transition zone between the homogeneous material and the architectured material. Knowledge of the kinematic cells allows to investigate the scale changings in the linear and nonlinear range. The downscaling from the macroscopic to the microscopic scale is particularly studied with the choice of boundary conditions. An equivalent homogeneous medium (MHE) is determined as a remplacement for the cells having a periodic kinematic. The geometry of the unit cell introduced symmetries in the behavior of MHE, it becomes cubic (orthotropic with material parameters). The elastic characteristics of the MHE are obtained by homogenization from the experimental results. A criterion of Tsai-Hill is identified in the non-linear domain. The last chapter is interested in cracking of the architected zone and the initiation of strain localization in cells. The support of location is calculated from the strain field measured by correlation. The kinematics of the cell is enriched with a discontinuity and the displacement jump normal to the localization is identified. A comparison with the displacement jump calculated by extended digital image correlation at the macroscopic scale is conducted to validate the identification strategy at the microscopic level.

L’amélioration des performances spécifiques des alliages métalliques de l’aéronautique est une démarche constante. Les alliages de titane sont des matériaux privilégiés par les constructeurs aéronautiques car ils allient hautes propriétés mécaniques et faible densité.Parmi ces matériaux, les alliages β-métastables qui ont pour particularité de retenir jusqu’à 40% de phase β connaissent un fort regain d’intérêt pour les motoristes (Ti-17) comme pour des applications de structure type trains d’atterrissage (Ti-5553 et Ti-10-2-3). Ce travail a pour but d’analyser le comportement mécanique et la durabilité de ces alliages soumis à des sollicitations monotones et cycliques en lien avec les microstructures.Des essais mécaniques ont pour cela été développés à partir de différentes microstructures métallurgiques qu’elles soient issues d’un traitement industriel ou spécifique visant à simplifier ces dernières. Les mécanismes de déformation (systèmes de glissement) et d’endommagement (amorçage de fissures) ont été identifiés et analysés à différentes échelles par microcopie optique et électronique à balayage en intégrant les notions d’orientation cristallographique (EBSD). Le recours à des essais réalisés in situ sous microscope (optique et MEB) et à une métrologie adaptée aux échelles pertinentes a permis d’identifier les éléments micro-structuraux clés et les cinétiques de développement de ces processus. Un des faits marquants est le rôle majeur de l’anisotropie de propriétés mécaniques de la phase β qui a également fait l’objet de simulations numériques. / The improvement of specific performances of metallic materials used for aerospaceapplications needs continuous researches and developments. Titanium alloys are materials ofchoice for aerospace companies thanks to their high mechanical properties and low density.Among them, the β-metastable alloys that retain up to 40% of β phase are more and moreintroduced in aircraft engines (Ti-17) and for structural parts (e.g. landing gears in Ti-5553and Ti-10-2-3).This work aims to analyse the mechanical behaviour and durability of these alloyssubmitted to monotonic or cyclic loadings. Mechanical tests have been developed on differentindustrial microstructures as on academic simplified ones produced by specific thermaltreatments. Deformation mechanisms (slip systems) and damage processes (cracks initiation)were identified and analyzed at different scales using microscopes (optical and SEM) andcrystallographic features were studied by EBSD. Specific in situ tests performed undermicroscopes (optical and SEM) and digital images correlation techniques at scales of interesthave permitted to identify and to quantify the key microstructural parameters and the kineticsof these processes. One major result concerns the influence of the anisotropy of mechanicalproperties associated to the β phase.

La cartographie, l'inventaire et le suivi de glissements de terrain sont indispensables pour l'évaluation de l'aléa glissements de terrain et la gestion des catastrophes. La disponibilité croissante des satellites THR, des drones et des appareils photo numériques grand public offre un grand potentiel pour soutenir ces tâches à l'échelle régionale et locale en complément detechniques établies telles que l'instrumentation in-situ, radar, et les acquisitions par scanner laser. Un manque d'outils de traitement d'image pour l’extraction efficace d’informations pertinentes à partir de différents types d'imagerie optique complique encore l'exploitation des données optiques et entrave la mise en oeuvre de services opérationnels. Cette thèse est consacrée à l'élaboration et l'application de techniques de traitement d'image pour la cartographie, la caractérisation et la surveillance des glissements de terrain en exploitant des données d'imagerie optique. Un état de l'art approfondi des techniques de télédétection innovantes pour la surveillance des glissements de terrain est proposé et démontre le potentiel et les limites des techniques et propose des critères pour le choix des capteurs disponibles (plateformes et méthodes d'analyse d'images) selon le processus observé et les besoins des utilisateurs. Pour la cartographie rapide des glissements de terrain lors de catastrophes majeures, une méthode qui combine segmentation d'image et apprentissage supervisé est développée pour l'analyse des images satellitaires THR à travers plusieurs exemples en Chine, au Brésil, à Haïti, en Italie et en France. Pour l'analyse de glissements de terrain à l'échelle locale, la recherche a élaboré des chaînes de traitement d'images pour la détection de fissures à partir de séries temporelles d'images de drones comme possible géo-indicateurs de l'activité des glissements, la mesure des champs de déplacements horizontaux à partir d'images satellitaires THR utilisant en utilisant des méthodes stéréophotogrammétrie et par corrélation d’image, et les mesures 3D à partir de photographies terrestres basées sur des méthodes de photogrammétrie multi-images. / Landslide inventory mapping and monitoring are indispensable for hazard assessment and disaster management. The enhanced availability of VHR satellites, UAVs and consumer grade digital cameras offers a great potential to support those tasks at regional and local scales, and to complement established techniques such as in situ instrumentation, radar, andlaser scanning. A lack of image processing tools for the efficient extraction process-relevant information from different types of optical imagery still complicates the exploitation of optical data and hinders the implementation of operational services. This doctoral thesis is dedicated to the development and application of image processing techniques for the mapping,characterization and monitoring of landslides with optical remote sensing data. A comprehensive review of innovative remote sensing techniques for landslide monitoring shows the potential and limitations of available techniques and guides the selection of the most appropriate combination of sensors – platforms – image analysis methods according to the observed process and end-user needs. For the efficient detection of landslides after major triggering events at the regional scale, a method for rapid mapping combining image segmentation, feature extraction, supervised learning is developed. For detailed landslide investigations at the local scale, this study elaborates image processing chains for detection of surface fissures in time-series of UAV images as geo-indicators of landslide activity, the measurement of horizontal surface displacements from VHR satellite images using stereo-photogrammetric and image correlation methods, and 3D measurements from terrestrial photographs based on multi-view open-source photogrammetry.

Le travail réalisé durant cette thèse a été motivé par l'étude des mécanismes microscopiques à l'origine du fluage dans les matériaux granulaires.%En particulier, on cherche à explorer des techniques expérimentales et numériques pour l'étude d'un tel phénomène.Dans une première partie, on cherche à mesurer les déplacements des grains dans un matériau granulaire par observations en micro-tomographie X. Une telle identification ne peut être efficacement réalisée pour des phénomènes rapides avec les méthodes classiques de corrélation d'images numériques. Une nouvelle méthode nommée emph{corrélation discrète des projections numériques} qui contourne cette difficulté est développée dans cette thèse. Cette méthode, basée sur la corrélation des projections de tomographie, permet de mesurer les déplacements avec un nombre réduit de projections (100 fois moins que les méthodes classiques), ce qui diminue énormément le temps d'acquisition nécessaire pour la mesure. La méthode, appliquée à des données expérimentales, donne une précision comparable à celles des méthodes classiques tandis que le temps d'acquisition nécessaire est réduit à quelques minutes. Une étude portant sur l'analyse des sources d'erreurs affectant la précision des résultats est également présentée.Le but de la deuxième partie est de réaliser des simulations numériques pour fournir une caractérisation de l'essai oedométrique. Différents assemblages de billes de verre légèrement poly-disperses interagissant à travers des contacts élastiques de Hertz-Mindlin et frottement de Coulomb ont été utilisés. Ces simulations ont permis d'étudier l'évolution de certains paramètres structuraux du matériau modèle, préparant ainsi le terrain pour de futures études sur le fluage. Il a été particulièrement souligné que les contacts élastiques utilisés dans ces simulations ne reproduisent pas l'irréversibilité des déformations observée dans les expériences sur des sables. Cependant, l'irréversibilité est bien visible sur le nombre de coordination et l'anisotropie. Alors que les paramètres élastiques peuvent exprimer la réponse pour des petits incréments de déformations, la compression oedometrique est belle et bien anélastique, principalement à cause de la mobilisation du frottement. Le rapport entre les contraintes horizontales et verticales (coefficient du sol au repos) n'est particulièrement constant que lorsque l'anisotropie de structure est instaurée dans l'état initial de l'assemblage. Il est par ailleurs relié à l'anisotropie interne de la structure par une formule simple. Finalement, les coefficients du tenseur élastique dépendent principalement du nombre de coordination et son anisotropie est plus liée à l'anisotropie des contacts qu'à celle des forces / The present work is motivated by the study of creep in granular materials at the microscopic scale.The first part of this thesis deals with displacement measurements by microtomography. Classical digital image correlation fails to catch time-dependent (possibly fast) phenomena such as short-term creep. A new method named emph{Discrete Digital Projection Correlation} is developed to overcome this limitation. This method requires very few projections (about 100 times less than classical methods) of the deformed state to perform the correlation and retrieve grain displacements. Therefore, the acquisition time is remarkably reduced, which allows to study time-dependent phenomena.The method is tested on experimental data. While its accuracy compares favorably to that of conventional methods, it only requires acquisition times of a few minutes. The origins of measurement errors are tracked by numerical means, on simulated grain displacements and rotations.The second part is a numerical simulation study, by the Discrete Element Method (DEM), of oedometric compression in model granular materials, carried out with a simple model material: assemblies of slightly polydisperse spherical beads interacting by Hertz-Mindlin contact elasticity and Coulomb friction. A wide variety of initial states are subject to compression, differing in density, coordination number and fabric anisotropy. Despite apparently almost reversible strains, oedometric compression proves an essentially anelastic and irreversible process,due to friction, with important internal state changes affecting coordination number and anisotropy. Elastic moduli only describe the response to very small stress increments about well equilibrated configurations. The ratio of horizontal stress to vertical stress (or coefficient of earth pressure at rest, commonly investigated in soil mechanics) only remains constant for initially anisotropic assemblies. A simple formula relates it to force and fabric anisotropy parameters, while elastic moduli are mainly sensitive to the latter. Further studies of contact network instabilities and rearrangements should pave the way to numerical investigations of creep behavior

De nombreuses études montrent que les transferts de contrainte co- et postsismiques jouent un rôle majeur dans l’occurrence des séquences de séismes. Cependant, la grande majorité de ces études implique des systèmes de failles à la configuration géométrique simple (e.g. failles parallèles ou colinéaires). Dans cette thèse, nous étudions une séquence de séismes s’étant produite au sein d’un système de failles à la configuration géométrique plus complexe (i.e. failles conjuguées), la séquence du NE Lut (1939-1997, NE Iran), afin d’évaluer (1) si les transferts de contrainte favorisent la succession de séismes de la séquence et (2) s’ils permettent sur le long-terme de synchroniser les ruptures des failles du système. Pour cela, nous mesurons d’abord les déformations de surface produites par la séquence afin de mieux contraindre par la suite la modélisation des transferts de contrainte. A partir de la technique de corrélation subpixel d'images optiques, nous mesurons les champs de déplacements de surface horizontaux produits par les séismes de Khuli-Boniabad (Mw 7.1, 1979) et de Zirkuh (Mw 7.2, 1997). Nous montrons que ces séismes sont caractérisés par la rupture de plusieurs segments dont les limites sont corrélées avec les complexités géométriques des failles. Nous interprétons les différences de leurs caractéristiques de rupture (longueur de rupture, glissement moyen, nombre de segments rompus) comme étant dues à des différences de maturité des failles de Dasht-e-Bayaz et d’Abiz. Nous détectons également les déplacements produits par un séisme historique modéré, le séisme de Korizan (Mw 6.6, 1979). C’est la première fois que les déplacements produits par un séisme historique de si petite taille sont mesurés par corrélation d’images optiques. Ensuite, en combinant le champ de déplacements InSAR déjà publié avec les données optiques proche-faille précédemment acquises, nous estimons un nouveau modèle de source pour le séisme de Zirkuh (Mw 7.2, 1997). Nous montrons que les données proche-faille sont essentielles pour mieux contraindre la géométrie de la rupture et la distribution du glissement en profondeur. Le modèle estimé montre que le séisme de Zirkuh a rompu trois aspérités séparées par des barrières géométriques où les répliques du séisme se localisent. Seul le segment central de la faille présente un déficit de glissement en surface que nous interprétons comme étant dû à de la déformation distribuée dans des dépôts quaternaires non consolidés. Enfin, à partir des informations précédemment acquises, nous modélisons les transferts de contrainte au cours de la séquence du NE Lut. Nous montrons que ceux-ci ont favorisé l’occurrence de 7 des 11 séismes de la séquence et que modéliser précisément la géométrie des ruptures est essentiel à une estimation robuste des transferts de contrainte. De plus, nous montrons que l’occurrence du séisme de Zirkuh (Mw 7.2, 1992) est principalement favorisée par les séismes modérés de la séquence. Pour finir, la simulation d’une multitude de cycles sismiques sur les failles du NE Lut montre que les transferts de contrainte, en particulier les transferts postsismiques liés à la relaxation viscoélastique de la lithosphère, sont le principal processus permettant la mise en place répétée de séquences de séismes sur les failles du NE Lut. Enfin, d'après les simulations réalisées, l'ordre dans lequel se sont produits les séismes majeurs durant la séquence du NE Lut est assez exceptionnel. / Many studies show that static and postseismic stress transfers play an important role in the occurrence of seismic sequences. However, a large majority of these studies involves seismic sequences that occurred within fault systems having simple geometric configurations (e.g. collinear or parallel fault system). In this thesis, we study a seismic sequence that occurred within a complex fault system (i.e. conjugate fault system), the NE Lut seismic sequence (1939-1997, NE Iran), in order to assess if (1) stress transfers can explain the succession of earthquakes in the sequence and (2) stress transfers can lead to the synchronization of the NE Lut faults over multiple seismic cycles. To this end, we first measure the surface displacement field produced by the sequence in order to precisely constrain the stress transfer modeling afterwards. We use optical correlation technique to measure the surface displacement fields of the Khuli-Boniabad (Mw 7.1, 1979) and Zirkuh earthquake (Mw 7.2, 1997). We find that these earthquakes broke several segments limited by geometrical complexities of the faults. We interpret the differences in failure style of these earthquakes (i.e. rupture length, mean slip and number of broken segments) as being due to different level of structural maturity of the Dasht-e-Bayaz and Abiz faults. Furthermore, we succeed to detect offsets produced by the 1979 Mw 6.6 Korizan earthquake. It is the first time that surface displacements for such a small historical earthquake have been measured using optical correlation. Then, combining previously published intermediate-field InSAR data and our near-field optical data, we estimate a new source model for the Zirkuh earthquake (Mw 7.2, 1997). We show that near-field data are crucial to better constrain the fault geometry and the slip distribution at depth. According to our source model, the Zirkuh earthquake broke three asperities separated by geometrical barriers where aftershocks are located. No shallow slip deficit is found for the overall rupture except on the central segment where it could be due to off-fault deformation in quaternary deposits. Finally, we use the information acquired in the first parts of this work to model the stress transfers within the NE Lut sequence. We find that 7 out of 11 earthquakes are triggered by the previous ones and that the precise modeling of the rupture geometry is crucial to robustly estimate the stress transfers. We also show that the Zirkuh earthquake is mainly triggered by the moderate earthquakes of the NE Lut sequence. Lastly, the simulation of multiple seismic cycles on the NE Lut fault system shows that stress transfers, in particular postseismic stress transfers due to viscoelastic relaxation, enhance the number of seismic sequences and synchronize the rupture of the faults. The simulations also show that the order in which the Mw>7 earthquakes occurred during the NE Lut sequence is quite exceptional.

Cette thèse caractérise un acier Moyen Mn à 0.2C-5Mn-2.5Al qui montre un écrouissage très fort au cours de la déformation plastique dû à l’effet TRIP. Pendant TRIP, l’austénite résiduelle paramagnétique se transforme en martensite ferromagnétique sous déformation plastique, ce qui conduit à un fort écrouissage. Le taux de cet écrouissage dépend des paramètres de fabrication et surtout la température de recuit intercritique. Ces aciers ont aussi des fois le tendance de se déformer de façon hétérogène par des bandes de Lüders ou PLC.Dans cette thèse, une méthode de caractérisation de la cinétique de transformation de phase est développée sur la base des mesures de l’aimantation saturée de l’acier. La méthode magnétique est unique dans son implémentation in-situ sans aucun effet sur l’essai de traction. Une correction pour les effets de la contrainte appliquée sur l’aimantation est aussi introduite pour la première fois avec une base physique. Les résultats des mesures magnétiques ont été comparés contre des caractérisations des bandes de déformation pour montrer que la transformation de phase coïncide avec le passage des bandes de déformation. La sensibilité à la vitesse de déformation est analysée et une caractérisation de la présence et type de bande PLC est présentée en fonction de la cinétique de transformation de phase. / This thesis studies the mechanical behavior of a 0.2C-5Mn-2.5Al Medium Mn steel that exhibits a very high degree of work hardening due to transformation-induced plasticity (TRIP) during plastic deformation. During TRIP, paramagnetic retained austenite is transformed to ferromagnetic martensite with the application of plastic strain and generates a significant amount of work hardening. The rate of work hardening is seen to vary greatly depending on processing parameters—notably the intercritical annealing temperature. These steels also often deform heterogeneously through the propagation of Lüders or PLC strain bands.This research develops a method to characterize the kinetics of the TRIP effect through measurements of the samples magnetic properties. The method is novel in that it is performed in-situ with no effect on the tensile test and is able to correct for the effects of the applied stress on the magnetic properties. The results of these experiments were compared to characterizations of the strain bands to demonstrate that TRIP coincides with the passage of a Lüders or PLC band. The strain rate sensitivity of the steels is analyzed and the presence and type of PLC bands are characterized with respect to the transformation kinetics.