Les propriétés mécaniques des alliages de fer sont largement conditionnées par leur microstructure et la population de défauts locaux qu’elle contient. Comme il s'agit d'un moment de forte interaction entre ces deux éléments, l'étude des transformations α-γ et γ-α du fer mérite une attention particulière. Outre le passage d'une structure cristalline cubique centrée à une structure cubique faces centrées – donc de compacités différentes –,elles sont associées à une réduction des paramètres de maille. Le changement de volume correspondant est responsable de déformations mécaniques locales autour des sites de germination. La technique de corrélation d'images numériques(CIN) s'est montrée fiable pour ce qui est de calculer des champs cinématiques à l'échelle de quelques grains. Dans ce travail, elle est adaptée à la capture de localisations de la déformation pendant les transformations allotropiques. Un banc expérimental est conçu pour obtenir des images haute résolution avec un contrôle fin des sollicitations thermiques. Des essais de validation sont d'abord effectués sur du fer industriel. Puis des échantillons de fer haute pureté sont ensuite soumis à des cycles de transformation α-γ-α et les champs de déformation correspondant sont calculés par CIN. Associés à l'acquisition des orientations initiales et finales, ils sont utilisés pour valider les mécanismes de transformation proposés dans la littérature. En parallèle, un modèle, écrit en petites déformations, est construit en incorporant des composants liés à la transformation dans une fonctionnelle dont les conditions de stationnarité sont équivalentes au problème thermomécanique à résoudre. Les incréments des variables internes, incluant glissements plastiques et fractions volumique transformées, sont obtenus en minimisant cette fonctionnelle. / Mechanical properties of iron-based alloys are largely conditioned by their microstructure and the population of local defects inside this microstructure. As it is a moment of massive interplay between these two elements, the study of the α-γ and γ-α transformations in iron is of particular interest. Besides a change from a body-centered cubic to a face-centered cubic crystal structure – and thus a change in compacity –, they lead to a lattice parameter reduction. The corresponding change in volume is responsible for local mechanical deformations around transformation sites. Digital Image Correlation (DIC) technique has been proven reliable to compute kinematic fields at the scale of a few grains. In the present work, an adaptation of this technique to the observation of strain localizations induced by the formation of a new phase is proposed. A home-made device is designed to obtain high resolution images and to control heating and cooling. Tests are first conducted on industrial iron to assess the viability of the procedure. High-purity iron samples are then submitted to α-γ-α transformation cycles and the associated strain fields are computed. In combination with the acquisition of initial and final orientations they are used to validate transformation mechanisms proposed in the literature. In parallel, a model, written under the small strain format, is built by incorporating transformation related components into a power functional whose stationarity conditions are equivalent to the thermomechanical problem. In accordance with variational principles, the evolution of internal variables,including plastic slip increments and fraction of the material locally transformed, are computed through the minimization of the functional.

L'objectif de cette recherche est d’analyser l’apparition et la propagation des fissures de dessiccation et de mieux comprendre la relation entre les comportements macroscopique et microscopique de cinq argiles, une kaolinite, une montmorillonite et trois mélanges de kaolinite et montmorillonite. A l'échelle macroscopique, la méthode est basée sur (1) la mesure de la teneur en eau, de l’indice des vides et du degré de saturation en fonction de la succion au cours du séchage, qui permet de préciser la relation entre le retrait et la désaturation et met en évidence les phases caractéristiques du comportement; (2) des mesures de teneur en eau et des déformations globales dans les tests de dessiccation libre afin d'étudier leur homogénéité ; (3) la détermination des déformations et des déplacements locaux pendant le séchage avec les logiciels VIC-2D et VIC-3D ; (4) une étude classique des paramètres des fissures ; (5) des essais de traction pour déterminer les propriétés des argiles impliquées dans la formation de fissures . A l'échelle microscopique, l'étude est basée sur une analyse approfondie de la microstructure en utilisant en particulier le microscope électronique à balayage, couplé à une méthode adaptée pour l'identification des orientations préférentielles des particules. Cette étude microscopique est complétée par l'analyse de porosimétrie au mercure, une méthode qui permet de quantifier l'espace poral et de caractériser l’indice des vides local. Outre les recherches sur les sols argileux, les effets de la décompression et de la succion sur la formation des fissures dans une roche argileuse ont été analysés également. La relation entre les changements macroscopiques, les changements dans la microstructure et de la porosité a été étudiées. Lors des essais de dessiccation libre, les déformations et les déplacements sont obtenus avec Vic-2D. Les zones de l’échantillon où les fissures apparaissent sont identifiées ainsi que l’évolution des déformations et des déplacements avant l’apparition des fissures. A la fin du séchage, les fissures forment une sorte de réseau, où des bifurcation peuvent être observées dans certains cas. Deux modes de fissuration sont détectés pendant les essais : le mode de traction et le mode de déchirement. Lorsqu’une fissure est causée par des tractions, la direction de propagation suit la direction perpendiculaire à l’extension maximale. S’il y a des distorsions à proximité de la fissure, alors sa direction change. Au début du séchage, les déplacements et les déformations sur le bord sont plus importants que dans les autres parties du modèle. Au voisinage des fissures, les déplacements et les déformations deviennent plus grands que dans les autres parties. Dans la plus grande partie du modèle, les déformations principales sont essentiellement longitudinales et transversales. Pour un matériau donné, la résistance à la traction augmente lorsque la teneur en eau diminue. Le tracé des résultats en fonction de l’indice de liquidité permet de mettre en évidence l’effet de la minéralogie sur la résistance à la traction. Au même indice de liquidité, la contrainte maximale de traction diminue lorsque le pourcentage de monmorillonite augmente. L’effet de la succion sur la résistance à la traction semble qualitativement similaire à ce qui est observé dans le cas de la résistance à la compression simple : on observe que la résistance à la traction est une fonction linéaire du logarithme de la succion. L’analyse au MEB de quatre suspensions soumises à plusieurs succions met en évidence l’isotropie globale de la microstructure, avec une orientation aléatoire des particules, tandis qu’une analyse plus fine révèle que la microstructure peut présenter localement une certaine anisotropie. / The objective of this research is to analyze the appearance and propagation of cracks related to desiccation and to provide a better understanding of the relation between the macroscopic and microscopic behavior of five clays, a kaolinite, a montmorillonite and three mixtures of kaolinite and montmorillonite. At the macroscopic scale, the method is based on (1) measurements of water content, void ratio and degree of saturation versus suction during drying, which allows to specify the relationship between shrinkage and desaturation and highlights the characteristic phases of behavior; (2) measurements of water contents and global deformations in free desiccation tests in order to study their homogeneity; (3) the determination of the local deformations and displacements during drying using the softwares VIC-2D and VIC-3D; (4) a classical study of the parameters of cracks; (5) traction tests in order to identify the tensile properties of the clays involved in the formation of cracks. At the microscopic scale, the study is based on a thorough microstructure analysis using in particular scanning electron microscope, coupled to an adapted method for the identification of preferential orientations of particles. This microscopic study is complemented by mercury intrusion porosimetry analysis, a method which allows to quantify the poral space and to characterize the local void ratio. In addition to the research on clay soils, the effects of decompression and suction on the formation of cracks in a clay rock were analyzed too. The relationship between macroscopic changes and the changes in the microstructure and porosity was investigated. During free desiccation tests, two-dimensional strains and displacements maps are obtained with Vic-2D. The zones of the sample where cracks appear are identified as well as the evolution of strains and displacements before the appearance of cracks. At the end of desiccation, the cracks form a kind of network. Bifurcation of cracks can be observed in some cases. Two modes of cracks are detected during the tests: traction mode and tearing mode. When a crack is caused by traction, the propagation direction follows the direction perpendicular to maximum extension. If there are shear strains in the vicinity of the crack, then its direction changes. In the early time of desiccation, the displacements and strains on the boundaries are larger than those in the other parts of the model. In the vicinity of cracks, displacements and strains are relatively larger than those in the other parts. In most parts of the model, the principal strains are mainly longitudinal and transversal. For a given material, tensile strength increases when water content decreases. Plotting the results versus the liquidity index allows highlighting the effect of mineralogy on tensile strength. At the same liquidity index, the maximum tensile stress decreases when the montmorillonite content increases. The effect of suction on tensile strength seems qualitatively similar to what is observed in the case of unconfined compression strength with tensile strength being a linear function of the logarithm of suction. Analysis with SEM of four slurries submitted to several suctions highlights the global isotropy of the microfabric, with a random orientation of the particles, while a finer analysis reveals that the fabric may present locally some anisotropy.

Dans les installations industrielles, des inspections régulières sont planifiées pour évaluer l’état de santé interne des composants. Si des fissures sont révélées, il est souhaitable de savoir si l’exploitation de la structure peut se poursuivre ou si un régime de fonctionnement dégradé pourrait être envisagé. En se basant sur la mécanique élastique linéaire de la rupture, les travaux présentés traitent donc dans le cas de composants fissurés de la dispersion de durée de vie résiduelle relative aux incertitudes sur les paramètres du modèle de prévision. La longueur de fissure initiale, les propriétés du matériau ainsi que les paramètres d’entrée de la loi de Paris ont été considérés comme des variables aléatoires, dont les distributions ont été déterminées expérimentalement puis ajustées par des lois statistiques adéquates. Des contrôles ultrasonores par mesure du temps de vol de l’onde diffractée – Time Of Flight Diffraction (TOFD) en anglais – et des mesures de champs obtenues par corrélation d’images numériques ont été utilisés pour quantifier la propagation d’une fissure dans une éprouvette à défaut soumise à des sollicitations cycliques uniaxiales. Les données expérimentales recueillies ont été utilisées pour initialiser les calculs et valider les résultats numériques. Les distributions de taille de fissure obtenue après un nombre donné de cycles de sollicitation et de nombre de cycles de sollicitation conduisant à une taille définie de fissure ont été obtenues par une méthode de Monte-Carlo appliquée au modèle de prévision. L’ajustement de ces distributions par de lois log-normales a fourni des outils analytiques d’estimation probabiliste de propagation de fissure. Cela a notamment permis la réalisation de cartographies de risques et l’évaluation de l’évolution de la fiabilité du composant étudié. Enfin, les effets d’une actualisation de la connaissance de la longueur de fissure au cours de la vie de ce composant en termes d’incertitude de prévision et d’extension de durée de vie résiduelle prévisionnelle ont été étudiés. En particulier, afin de limiter le coût des campagnes de contrôle non destructifs dans le cas industriel, une stratégie d’optimisation de l’actualisation de cette connaissance basée sur l’étude de fiabilité a été proposée. / In industrial plants, regular inspections are planned to assess the internal state of installations. If some cracks are revealed, it is desirable to know whether the structure can still be used or if a degraded mode of operation should be considered. Starting from a linear elastic fracture mechanics model, the work presented studied the scatter of the remaining life of such cracked parts due to the uncertainties on the parameters of the prediction model. Initial crack size, material properties and input parameters of Paris’ law have been considered as random variables and their distributions have been experimentally identified and fitted with convenient statistical laws. Time Of Flight Diffraction (TOFD) and field measurement technique based on Digital Image Correlation (DIC) were used to monitor the crack propagation initiated from a notch introduced in specimen submitted to uniaxial cyclic loading. Experimental crack length results were used to initiate computations and as a mean to validate numerical results. Both the crack lengths distributions resulting from the application of loading cycles and the distribution of the number of cycles leading to a given crack length were obtained from a Monte-Carlo method applied to the prediction model. The fit of these distributions with log-normal laws provided analytical tools to assess probabilistic crack propagation. It allowed for risk mapping and for the evaluation of the studied component’s reliability evolution. Last, the effects of an actualisation of crack length knowledge along the life of this component in terms of assessment uncertainty and predicted residual life extension has been studied. Especially, to limit the cost of non-destructive techniques inspection in industrial cases, a reliability-based strategy has been proposed for the optimisation of the crack knowledge actualisation.

La formulation de nouveaux adhésifs durant les dernières décennies a permis de développer des procédés de collage innovants pour l’industrie du bois. Dans cette optique, le collage du bois à l’état vert permet de créer une chaîne d’élaboration de matériaux techniques, sans ruptures de charges dans le processus industriel grâce à un séchage en fin de cycle. Or le collage implique un retrait empêché des assemblages au cours du séchage, induisant un développement de contraintes. À ce jour, de nombreuses études numériques portant sur le comportement du bois collé soumis à des variations hydriques ont été effectuées, sans pour autant avoir été mises en relation avec des études expérimentales. L’extension récente des techniques de corrélation d'images permet d'effectuer des mesures de champs sans contact, particulièrement adaptées à un matériau hygroscopique tel que le bois. L’objectif de la thèse est d’appréhender par des approches expérimentale et numérique les contraintes hydromécaniques qui peuvent survenir dans des assemblages contrecollés. Une expérimentation, permettant de mesurer les champs durant le séchage a été mise en place. Le modèle numérique retenu est un modèle élastique orthotrope, permettant de prendre en compte la morphologie du matériau bois. Nous pouvons identifier les paramètres gouvernant les mécanismes d'endommagement du joint de colle et proposer des conditions de mise en œuvre optimisant la tenue de l'assemblage au séchage. / The development of new adhesives during the last decades has implied radically changes in the sawmill industry. The gluing of unseasonned wood, called green gluing, allows a new order in the process of engineered wood products, thanks to the final position of the drying step. Nevertheless, the jointing prevents the free shrinkage of wood during the mass transfer, involving a stress development. Nowadays, numerous drying models have been developed to predict the deformations and stresses of wood, but few have been confirmed by experimental tests. For an organic material such as wood, the measurement of hygromechanical properties will be more efficient if there is no interaction between the material and the measurement system. One of the most promising experimental techniques for this kind of issue is noncontact optical measurement based on Digital Image Correlation principles. The objective of this study is to evaluate by experimental and numerical solutions the stress development in green-glued wood laminated timber subjected to drying conditions. An experimental method has been set up and the results allow to validate a numerical finite elements model. The model which has been chosen is an orthotropic elastic model, able to describe the morphology of the wood material. This study allows to identify the parameters governing the damage of the interface. This approach leads to suggest some preconizationsin order to optimize the behavior of product during the drying procedure.

Pour valider expérimentalement les modèles de fissuration et d'endommagement du béton, pour identifier leurs paramètres et pour mieux caractériser le comportement du béton lors de la propagation des fissures en mode mixte, des nouveaux essais multiaxiaux sont développés. Inspiré de travaux de Nooru-Mohamed (1992) et Winkler (2001), des essais riches et discriminants sont réalisés à l'aide de techniques expérimentales modernes. Le chargement est appliqué en utilisant une machine d'essai à 6 degrés de liberté asservie par un système de pilotage 3D. Pendant tout le déroulement d’essai, l'état de fissuration est analysé par corrélation d'images numériques, ainsi que les conditions limites cinématiques. Avec le dispositif expérimental proposé plusieurs histoires de chargement sont analysées : des chargements multiaxiaux proportionnels et non-proportionnelles, avec et sans refermeture de fissure. Les résultats expérimentaux sont confrontés à des simulations numériques réalisées avec des modèles d'endommagement non-locaux (i.e., à gradient) et avec un modèle de la mécanique linéaire de la rupture couplé avec une technique X-FEM. Le travail souligne l'importance de l'utilisation de conditions aux limites précises, estimées à partir de mesures de champ pour effectuer des simulations numériques qui reproduisent au mieux les résultats expérimentaux. En outre, il est démontré que la réorientation et la bifurcation de la fissure sont essentielles afin de créer des essais de propagation de fissures vraiment discriminants. Basé sur ces résultats expérimentaux, un nouveau type d’essai est finalement proposé. Cet essai hybride consiste à résoudre un problème inverse pour définir les conditions aux limites qui imposeront un trajet de fissuration voulu. Cette nouvelle technique permet une exploration plus complète du comportement mécanique complexe du béton en un seul essai. / To experimentally validate concrete damage and fracture models, identify their parameters and better characterize the concrete behaviour during mixed-mode crack propagation, multiaxial tests are developed. Inspired by former works of Nooru-Mohamed (1992) and Winkler (2001), rich and discriminating tests are performed by using state of the art techniques, where the experimental boundary conditions are directly measured during crack propagation. The loadings are applied using a hexapod testing machine controlled by a 3D displacement system and the cracking state is analysed via digital image correlation.With the proposed experimental setup several loading histories are analysed: proportional multiaxial loading histories and non-proportional ones, with and without crack closure and friction. The experimental results are confronted with numerical simulations performed with nonlocal (i.e., gradient) damage models and with a linear elastic fracture model coupled with the X-FEM framework. The present work underlines the importance of using accurate boundary conditions, estimated from full field measurements, to perform numerical simulations that reproduce the experimental results. Moreover it is shown that crack reorientation and crack branching is vital to create discriminant crack propagation tests.Based on these experimental results a innovative hybrid test is proposed, where the boundary conditions leading to a given crack path are found by solving an inversed problem. This new discriminating concrete fracture test is able to fully investigate its complex mechanical behaviour within a single run.

L'analyse du comportement des assemblages poteau-poutre en béton armé ainsi que leur influence sur la résistance de l'ensemble de la structure sous chargement cyclique ou sismique a fait l'objet de plusieurs investigations ces dernières années. Toutefois, le comportement de cette partie de structure reste loin d'être maitrisé à cause de la complexité de cet assemblage qui fait intervenir plusieurs phénomènes physiques, et à cause du manque de données expérimentales. Ce travail a pour but de mettre en place et fournir une base de données expérimentales fiable et dense dont la vocation est de donner accès à un benchmark expérimental pour permettre la modélisation et la validation du comportement de ces assemblages. / The behavior of reinforced concrete beam-column joints and their influence on the strength of the structures under cyclic or seismic loadings has been the subject of several investigations in recent years. However, the behavior of that part of the structure remains far from being mastered due to the complexity of the assembly involving several physical phenomena and due to the lack of exhaustive experimental data. This work aims to implement and provide a reliable and dense experimental database whose vocation is to provide access to an experimental benchmark to enable the modeling and validation of the behavior of these assemblies.

Le présent travail de thèse fait suite à une première étude où une stratégie d’identification des paramètres et formes des lois de zones cohésives a été élaborée pour des matériaux homogènes. L’extension au cas de matériaux présentant des hétérogénéités nécessite d’accéder localement aux champs de contraintes.Ainsi, l’objectif principal de cette étude est de mettre au point une méthode de caractérisation locale des propriétés mécaniques et des contraintes. Cette méthode est basée sur l’erreur en relation de comportement combinée à l’exploitation de la richesse des mesures de champs cinématiques planes et plus particulièrement des champs de déformations, obtenus par dérivation numérique des champs de déplacements. Cette mesure cinématique est réalisée par une technique de corrélation d’images numériques enrichie.La méthode d’identification est basée sur la minimisation itérative d’une norme énergétique faisant intervenir le tenseur élastoplastique sécant. Différentes simulations numériques ont illustré la capacité de la procédure à identifier localement des champs de propriétés hétérogènes et sa robustesse et sa stabilité vis-à-vis du bruit de mesure, du choix du jeu de paramètres d’initialisation de l’algorithme et de la finesse du maillage.Pour finir, des essais plans avec différentes géométries d’éprouvettes ont été effectués et un essai a été mis au point pour obtenir de manière maîtrisée un état initial très hétérogène. Les résultats d’identification élastoplastique multilinéaire ont montré la capacité de la méthode à identifier les lois de comportements locales sur ce matériau hétérogène. / The present work follows a first approach where a strategy for identifying the shape and the parameters of cohesive-zone laws has been developed for homogeneous materials. The extension of this method to heterogeneous material requires the knowledge of the local stress state.The study aims at developing a local characterization method for mechanical properties and stresses. This method is based on the constitutive equation gap principles and relies on the knowledge of mechanical kinematic fields and particularly of the strain fields. These fields are obtained by the numerical differentiation of displacement fields measured by digital image correlation.This identification method is based on the iterative minimization of an energy norm involving the secant elastoplastic tensor. Various numerical simulations were used to illustrate the performance of the procedure for locally identifying heterogeneous property fields, and to characterize its robustness and its stability with respect to noise to the values of the algorithm initialization parameter and to the mesh refinement.Finally, various experimental tests with different specimen geometries were performed and a test has been developed to obtain a controlled heterogeneous initial state. The multilinear elastoplastic identification results showed the ability of the method to identify the local behavior properties on heterogeneous materials.

La connaissance et la maîtrise de la présence d’un biofilm représentent aujourd’hui un challenge important. Dans le contexte d’étude des capacités de développement des biofilms, BioFilm Control fait figure de pionnier grâce à leur test nommé Biofilm Ring Test. Basé sur une sollicitation du biofilm via l’attraction, par un aimant, de microbilles magnétiques au centre du puits, le test évalue la présence de biofilm par l’absence de regroupement des billes au centre du puits à un instant donné. L’enjeu de ce travail est de décliner le BioFilm Ring Test® en un examen dynamique, non destructif et à l’échelle microscopique. Dans le biofilm, la matrice polymérique assure la cohésion entre cellules et confère une protection aux bactéries qui vivent au sein du biofilm. Les propriétés mécaniques de la matrice sont donc un indicateur de l’état local du biofilm. La recherche de ces paramètres permet de pouvoir prédire et contrôler la formation, l’accumulation et la dissémination de bactéries propageant les infections et/ou l’encrassement. Néanmoins, la détermination des propriétés mécaniques des biofilms nécessite des précautions et l’usage d’un vocabulaire homogénéisé et de méthodes unifiées au sein de la communauté. Pour cela, une première partie de ce travail de thèse consiste en la proposition d’un guide de bonnes pratiques quant à la caractérisation mécanique du matériau biofilm. Dans la deuxième partie de ce travail de thèse, une méthodologie pour le suivi de particules micrométriques au sein d’un matériau vivant est développée. Le recours à des techniques d’imagerie telle que la corrélation d’images numériques permet de remonter à la cinématique du mouvement de chacune des microbilles, qui servent de marqueurs au sein des images traitées, par une mesure sans contact. Cette méthode est ensuite appliquée à l’étude de la formation de biofilm. L’originalité de ce travail repose sur la caractérisation de l’évolution de la typologie du mouvement des microbilles métalliques lors de la formation des biofilms. Il s’agit là de discriminer des comportements de billes révélateurs de la genèse d’un biofilm. En tirant parti de l’observation du mouvement de microbilles inertes introduites dans le milieu bactérien, on détecte des changements de typologies de trajectoires qui semblent être reliés à l’activité de bactéries sessiles, adhésion ou formation de matériel extracellulaire. Les résultats montrent que les diverses étapes de la formation de biofilms sont caractérisées, ce qui permet notamment de discriminer la présence ou non d’antibiotiques mélangés avec les bactéries et d’apprécier leur efficacité. Dans une dernière partie, des recherches encore en phase de développement sont exposées. Elles s’intéressent au comportement du biofilm sous sollicitation volumique. Il s’agit dans ce cas d’observer le biofilm en champ lointain et de suivre le déplacement ou la déformation d’un marquage constitué d’un agglomérat de microbilles, plongées dans un champ magnétique. Ces premiers travaux pourront servir d’ébauche à des travaux futurs dans le but de caractériser quantitativement le matériau biofilm. / The control of biofilm formation constitutes an important challenge in many industrial and biomedical applications. In this context, BioFilm Control is a pioneer thanks to its test named BioFilm Ring Test. Based on the immobilisation of magnetic microbeads by adherent cells, the assay allows to detect the presence of biofilm at a given time. The aim of this phD project is to translate the BioFilm Ring Test® into a dynamic, non-destructive and microscopic examination of the biofilm state. Whithin the biofilm, the matrix provides a strong cohesion between cells and therefore increases their resistance against chemical or mechanical stress in comparison to their planktonic counterparts. The mechanical properties of the matrix are therefore an indicator of the local state of the biofilm. The search for these parameters makes it possible to predict and control the formation, accumulation and spread of bacteria that propagate infections and/or biofouling. Nevertheless, the determination of the mechanical properties of biofilms requires precautions and the use of an homogenized vocabulary and methods that are unified within the community. To this end, a first part of this thesis work consists in proposing a guide of good practices for the mechanical characterization of biofilm material. In the second part of this work, a methodology for tracking of micrometric particles within a living material is developed. The use of full field measurement method such as digital image correlation makes it possible to trace the kinematics of the motion of each particle, which is a probe of the local environment. This method is then applied to the study of the biofilm formation, by non-contact measurement. The originality of this work is based on the characterization of the change in the microbeads movement during the biofilm formation steps. The aim is to discriminate bead behaviours that reveal the genesis of a biofilm. By taking advantage of the observation of the movement of inert microbeads embedded into the bacterial environment, we detect changes of type of trajectories which seem to be correlated to the activity of sessiles bacteria, adhesion or formation of extracellular material. The results show that the various stages of the biofilm formation are characterized by a non-destructive test. Especially, It allows to appreciate the efficiency of an antibiotic. In the last part, research still in a development phase is presented. It concerns the behaviour of biofilm under mechanical solicitation. This involves observing the biofilm in the far field and following the displacement or deformation of a pattern consisting of an agglomerate of microbeads immersed in a magnetic field. This initial work can be used as a draft for future work to quantitatively characterize the biofilm material.

Ce travail de thèse porte sur la déformation bi-axiale contrôlée de nano-composites W/Cu en couches minces déposées sur des substrats polyimides. La nano-structuration est obtenue par stratification de deux matériaux immiscibles (W et Cu) par pulvérisation ionique avec contrôle de la taille des grains au sein du film mince par contrôle de l'épaisseur selon la direction decroissance du film. Nous avons développé une procédure permettant de caractériser le comportement mécanique des échantillons à deux échelles différentes. L'essai de traction biaxial est couplé à la diffraction des rayons X (déformation microscopique) et à la corrélation d'images numériques (déformation macroscopique). Nous avons utilisé une machine de tractionbi-axiale développée dans le cadre d’un projet ANR sur la ligne de lumière DiffAbs du synchrotron SOLEIL. Elle permet de contrôler les contraintes dans des films minces supportés par des substrats polyimides. La confrontation des résultats obtenus par ces deux techniques dans le domaine d'élasticité a montré que la déformation est intégralement transmise via l’interfacefilm - substrat. La seconde étape de notre travail a consisté à étudier les déformations du nanocomposite W/Cu au-delà du domaine d’élasticité. Nous avons mis en évidence trois domaines de déformation associés à différents mécanismes de déformation. La limite d'élasticité du nanocomposite W/Cu a été déterminée en comparant la déformation élastique du film mince à la déformation macroscopique du substrat. Enfin, l'étude de la limite d'élasticité du nanocomposite W/Cu pour différents ratios de force a révélé un comportement fragile du nanocomposite W/Cu. / This thesis focuses on the biaxial deformation of W/Cu nanocomposite thin films deposited on polyimide substrates. The grain size in the thin film is controlled by stratification of two immiscible materials (W and Cu) employing sputtering techniques. We developed a procedure to characterize the mechanical behavior of samples at two different scales. A biaxial tensile test is coupled to X-ray diffraction (microscopic deformation) and digital image correlation (macroscopic deformation) techniques. We used a biaxial tensile setup developed in the framework of an ANR project on the DiffAbs beamline at synchrotron SOLEIL allowing forthe control of stresses in thin films supported by polyimide substrates. By comparing the strains obtained by these two techniques, the applied strain is determined to be transmitted unchanged in the elastic domain through the film - substrate interface. The second part of our work was to study the deformation of W/Cu nanocomposite beyond the elastic range. We have highlighted three domains of deformation associated with different deformation mechanisms. The elastic limit of the W/Cu nanocomposite was determined by comparing the elastic deformation of the thin film to the macroscopic deformation of the substrate. Finally, the elastic limit of W/Cu nanocomposite was studied for different load ratios. The overall results emphasized the brittle behavior of these nanocomposites.

L'objectif de cette thèse est d'étudier expérimentalement les phénomènes de vieillissement dus à la diffusion des atomes en solution dans les alliages d’aluminium et les instabilités qui leur sont associées comme le phénomène Portevin-Le Châtelier ou les bandes de Lüders et de proposer une modélisation de ces phénomènes dans le cadre de la thermodynamique des processus irréversibles. Une étude expérimentale détaillée est alors entreprise sur les alliages d’aluminium AA5083-H116 et AA5182-O. Le comportement du premier présente l’effet PLC de façon prononcée et les deux types d’instabilités sont observées simultanément pour le second. La corrélation d'images numériques et la thermographie infrarouge sont essentiellement employées pour détecter et caractériser les aspects spatiotemporels des instabilités observées. La déformation non homogène due à l’apparition et la propagation de bandes de localisation est mise en évidence. Ces bandes de déformation sont visualisées, permettant à leurs diverses caractéristiques (vitesse, orientation, largeur, vitesse de déformation à l'intérieur des bandes, augmentation de la température à l'intérieur des bandes) d'être mesurées sur des éprouvettes lisses (plates, cylindriques ou prismatiques). Dans le cas des éprouvettes plates, l’effet des épaisseurs de l’éprouvette a aussi été examiné. Les caractéristiques des bandes sont aussi analysées sur d’autres géométries d’éprouvette (entaillées avec divers types d’entailles) à des vitesses de déformation différentes pour exhiber leur morphologie en présence de chargements multiaxiaux. Des simulations non linéaires et tridimensionnelles ont été effectuées en utilisant le modèle de McCormick pour montrer comment la prise en compte des phénomènes de vieillissement, même partielle, permet de décrire les hétérogénéités et le mouvement des bandes de déformation ainsi que de prévoir leurs différentes caractéristiques. Enfin, en se basant sur les mécanismes physiques à la base des phénomènes de vieillissement et en soulignant les limites du modèle de McCormick, un modèle élasto-viscoplastique prenant en considération les phénomènes de vieillissement est proposé dans le cadre de la thermodynamique des processus irréversibles. / The objective of this thesis is to study experimentally the ageing phenomena due to the atoms diffusion in solid solutions in aluminium alloys and associated instabilities as the Portevin-Le Châtelier phenomenon or the Lüders bands and to propose a model of these phenomena within the framework of thermodynamics of irreversible processes. Digital Image Correlation (DIC) and Digital Infrared Thermography (DIT) are essentially employed to capture and characterize the spatio-temporal aspects of these instabilities. Inhomogeneous deformation, due to the appearance and the propagation of various localization bands are observed. These deformation bands are visualized, allowing their various characteristics (velocity, orientation, width, strain rate inside the bands, temperature increase inside the bands) to be measured on smooth specimens (flat, cylindrical or prismatic). In the case of flat test, the effect of the specimen thickness was also examined. The band characteristics are also analyzed on other specimen geometries (notched with various kinds of notches) at different strain rates to exhibit their morphology in the presence of multiaxial loadings. Some nonlinear and three-dimensional simulations were carried out with McCormick model to show how the inclusions of ageing phenomena, even partial, makes possible to describe heterogeneities and the deformation bands but also reproducing qualitatively their various characteristics. Finally, based on the physical mechanisms of aging phenomena and underlying the limitations of the McCormick model, an elasto-viscoplastic model taking into account the aging phenomena is proposed in the framework of thermodynamics of irreversible processes.