De nombreux descripteurs sont utilisés pour décrire les composites tissés. Cela est dû en partie aux différents usages que l’on peut en faire. Par exemple, le descripteur le plus approprié pour une simulation mécanique (par exemple, un maillage d’éléments finis), n’est pas nécessairement le même que pour un algorithme de contrôle non destructif (par exemple, des descripteurs statistiques issus d’images tomographiques). Cette recherche propose de reconnaître que, malgré les nombreuses formes que peuvent prendre ces descripteurs textiles, le composite tissé 3D qui nous intéresse est intrinsèquement structuré. En fait, il est principalement défini par son motif de tissage 3D (arrangement des torons). Cette caractéristique commune à tous les descripteurs peut être exploitée pour “construire des liens” entre les nombreuses analyses différentes. Ceux-ci peuvent être obtenus à travers de la Corrélation d’Images Volumiques (DVC), qui fournit le champ de déplacement reliant toute paire de descripteurs. Les avantages de la DVC sont démultipliés en permettant la “relaxation” de l’hypothèse fondamentale de la conservation des coefficients d’absorption (le contraste tomographique), et l’utilisation d’une technique de régularisation mécanique “complète”. Cela se traduit par un algorithme de recalage robuste et rapide. Il permet de mesurer les “différences métriques” (déformations et distorsions du toron) et d’identifier les “différences topologiques” possibles (par exemple, les anomalies de tissage) qu’un textile peut connaitre. En somme, ce nouvel “cadre de corrélation” permets l’unification des descripteurs textiles dans un seul descripteur topologique. Divers échantillons tissés observés à l’échelle méso ont été étudiés dans ce contexte. / Many descriptors are employed for describing the woven composites. This is, in part, due to the different uses one may give them. For example, the most appropriate descriptor for a mechanical simulation (e.g., a finite element mesh), may not necessarily be the same as for a nondestructive testing algorithm (e.g., statistical descriptors issued from tomographic images). This research proposes to acknowledge that, despite the many forms that these textile descriptors may take, the 3D woven composite tat interests us is intrinsically structured. In fact, it is mainly defined by its 3D weaving pattern (arrangement of yarns). This common characteristic to all descriptors can be exploited to “construct bridges” between the many different analyses. These can be obtained by means of Digital Volume Correlation (DVC), which provides the displacement field relating any pair of descriptors. It should be noted that the advantages of DVC are multiplied by allowing for the “relaxation” of the fundamental assumption of conservation of absorption coefficients (i.e., the tomographic contrast), and the use of a “complete” mechanical regularization technique. This results in a robust and fast registration algorithm. It allows measuring the “metric differences” (yarn deformations and distortions) as well as identifying the possible “topological differences” (e.g., weaving anomalies) that a textile may undergo. In short, this new “correlation framework” allows the unification of the textile descriptors into a single topological descriptor. Various woven samples observed at the meso-scale were studied in this context.

L'analyse quantitative de volumes 3D obtenus par tomographie permet l’identification et la validation de modèles. La séquence d’analyse consiste en trois problèmes inverses successifs : (i) reconstruction des volumes (ii) mesure cinématique par corrélation d'images volumiques (DVC) et (iii) identification. Les très longs temps d’acquisition nécessaires interdisent de capter des phénomènes rapides. Une méthode de mesures, Projection-based Digital Volume Correlation (P-DVC), raccourcit la séquence précédente en identifiant les quantités clés sur les projections. Cette technique réduit jusqu'à 2 le nombre de radiographies utilisées pour le suivi de l’essai au lieu de 500 à 1000. Cette thèse étend cette approche en réduisant la quantité d’informations acquises, rendant ainsi accessibles des phénomènes de plus en plus rapides et repoussant les limites de la résolution temporelle. Deux axes ont ainsi été développés : - d’une part, l'utilisation de différentes régularisations, spatiales et temporelles des champs 4D (espace/temps) mesurés généralise la méthode P-DVC (avec volume de référence) à l'exploitation d’une seule radiographie par étape de chargement. L’essai peut désormais être réalisé de façon continue, en quelques minutes au lieu de plusieurs jours; - d’autre part, la mesure du mouvement peut être utilisée pour corriger le volume reconstruit lui-même. Cette observation conduit à proposer une nouvelle procédure de co-détermination du volume et de sa cinématique (sans prérequis), ce qui ouvre ainsi de nouvelles perspectives pour l’imagerie des matériaux et médicale où parfois le mouvement ne peut pas être interrompu. Le développement de ces deux axes permet d’envisager de nouvelles façons de réaliser les essais, plus rapides et plus centrés sur l’identification de quantités clés. Ces méthodes sont compatibles avec les récents développements « instrumentaux » de la tomographie rapide en synchrotron ou laboratoire, et permettent de réduire de plusieurs ordres de grandeurs les temps d’acquisition et les doses de rayonnement. / The quantitative analysis of 3D volumes obtained from tomography allows models to be identified and validated. It consists of a sequence of three successive inverse problems: (i) volume reconstruction (ii) kinematic measurement from Digital Volume Correlation (DVC) and (iii) identification. The required very long acquisition times prevent fast phenomena from being captured.A measurement method, called Projection-based DVC (P-DVC), shortens the previous sequence and identifies the kinematics directly from the projections. The number of radiographs needed for tracking the time evolution of the test is thereby reduced from 500 to 1000 down to 2.This thesis extends this projection-based approach to further reduce the required data, letting faster phenomena be captured and pushing the limits of time resolution. Two main axes were developed:- On the one hand, the use of different spatial and temporal regularizations of the 4D fields (space/time) generalizes the P-DVC approach (with a known reference volume) to the exploitation of a single radiograph per loading step. Thus, the test can be carried out with no interruptions, in a few minutes instead of several days.- On the other hand, the measured motion can be used to correct the reconstructed volume itself. This observation leads to the proposition of a novel procedure for the joint determination of the volume and its kinematics (without prior knowledge) opening up new perspectives for material and medical imaging where sometimes motion cannot be interrupted.end{itemize}The development of these two axes opens up new ways of performing tests, faster and driven to the identification of key quantities of interest. These methods are compatible with the recent ``hardware" developments of fast tomography, both at synchrotron beamlines or laboratory and save several orders of magnitude in acquisition time and radiation dose.

Dans le cadre de la sécurité routière, les essais de choc ne permettent pas la prédiction des blessures internes, notamment aux organes abdominaux. La simulation numérique apparaît comme un outil prometteur pour évaluer le risque lésionnel d'une configuration d'impact en permettant de décrire les sollicitations relatives aux différents organes. Afin de quantifier le risque de blessure, il est nécessaire de connaître le comportement à rupture des tissus du corps humain. L'objet de cette étude est le foie, dont les blessures sont souvent graves. L'attention s'est portée sur les lacérations surfaciques, qui impliquent le parenchyme et la capsule hépatiques. L'objectif de cette thèse est de caractériser et modéliser le comportement et la rupture de ces deux tissus. L'étude expérimentale s'est progressivement focalisée sur les tissus impliqués dans la lacération surfacique. Un protocole de compression de foie entier pressurisé a mis en évidence le mécanisme d'apparition des lésions, liées à une sollicitation de traction biaxiale. Une série d'essais de traction uniaxiale sur parenchyme et capsule a permis la quantification des propriétés à rupture de ces tissus. Enfin, les essais de gonflement de capsule ont permis la caractérisation indépendante de celle-ci sous une sollicitation plus réaliste. La mesure de champ par corrélation d'images 2D puis 3D a été utilisée dans ces deux derniers protocoles, révélant les phénomènes locaux tels que la localisation de la déformation avant rupture. Le module élastique du parenchyme a été évalué ; un modèle linéaire puis hyperélastique a été identifié pour le comportement de la capsule. Lors de ces campagnes d'essais, les influences de l'origine biologique -porc ou humain - et de la congélation sur les propriétés mécaniques des tissus ont été évaluées par des tests statistiques. Le travail de modélisation s'est porté sur l'endommagement et la rupture d'un tissu fibreux membranaire initialement isotrope. Les fibres sont supposées élastiques linéaires fragiles. L'endommagement est modélisé comme le résultat de la rupture des fibres à l'échelle microscopique. Deux méthodes d'homogénéisation issues de la littérature sont utilisées et comparées. Le modèle obtenu permet de décrire l'endommagement par deux variables scalaires macroscopiques. Plusieurs phénomènes observés expérimentalement - dépliement progressif des fibres, fibres endommageables, propriétés variables d'une fibre à l'autre - constituent des extensions au modèle. Construit dans un cadre très général, ce modèle est identifié sur les essais de gonflement de la capsule hépatique. La simulation des essais est réalisée en appliquant les conditions aux limites expérimentales ; le module élastique et la déformation à rupture des fibres sont identifiés par un algorithme d'optimisation. Les modèles et propriétés mécaniques à rupture ainsi définis peuvent être inclus dans un modèle de foie entier en vue de la simulation d'un choc.

Cette thèse s'intéresse aux mécanismes de déformations et d’endommagement dans les alliages de coulée pour l’industrie automobile. Les études ont porté sur un alliage modèle contenant 12% de silicium et des éléments d’addition. Il a été fabriqué par le procédé squeeze-casting (coulée sous haute pression) au LKR de l’Université Technologique de Vienne avec laquelle cette thèse s’est déroulée en collaboration. Des essais de traction in situ dans le MEB ainsi que sous tomographie aux rayons X ont permis de suivre l’évolution des microstructures pendant le chargement. Une attention particulière a été portée sur les mécanismes d’initiation et de propagation de l’endommagement. Par ailleurs la technique de la corrélation d’images numérique 2D spécialement développée pour être appliquée à des images MEB a été utilisée pour mesurer les mécanismes d’endommagement à l’échelle des inclusions. Une attention particulièreest portée sur les mécanismes de localisation de la déformation. La corrélation d’images numériques 3D appliquée aux images tomographiques a permis une mesure précise de l’évolution de l’endommagement au cours du chargement. Les données expérimentales obtenues ont permis d’adapter un modèle d’endommagement de type GTN. Une dernière étape s’est consacrée à une modélisation micro mécaniques des microstructures. Des méthodes de caractérisations basées sur des hypothèses statistiques ont permis de mesurer et d’identifier des paramètres microstructuraux. Au regard des mécanismes de déformations et de la morphologie des particules de seconde phases, des microstructures modèles sont proposées pour simuler le comportement du matériau réel. Cette démarche servant essentiellement à simplifier les modèles éléments finis afin de gagner en temps de calcul, elle sert aussi à insérer des mécanismes complexes afin de serapprocher le plus possible du comportement réel du matériau. / This thesis focuses on the mechanisms of deformation and damage in cast aluminum alloysfor automotive industry. Studies were carried on a model alloy containing 12% silicon and added element like iron and nickel. The material was prepared by squeeze-casting process at the Vienna University of Technology in Austria with which this thesis was held in collaboration. In situ tensile test with X-rays tomographic observations as well as with Scanning Electron Microscope observations were performed. They allowed following microstructure evolution under mechanical loading. Particular attention was paid to the mechanisms of initiation and propagation of damage. Furthermore the technic of Digital Image Correlation (DIC) developed to be applied to SEM images was used to visualize 2D strain localization mechanisms at second phases particles scale. DIC were also applied on tomographic images and allowed to measure accurately in 3D damage evolution under loading. Experimental data obtained from DIC were used to identify parameters of a Gurson Tvergaard Needleman model and allow to simulate by Finite Element Modeling the damage evolution. At last stages micro mechanical studies were performed by FEM using microstructure obtained from tomographic images. Algorithms were developed to measure and identify statistics parameters of the microstructure. In consideration of the mechanism of deformations and second phase particles morphology, generatedmicrostructures are proposed to simulate the behavior of the material. This approach aims to simplify the FEM models by reducing the number of degree of Freedom and, then reduce computation time. It also enables to insert complex mechanisms in the model to be as close as possible the actual behavior of the material.

For years, the modelling of the brain tissue has been widely investigated. Indeed, a biomechanical model of the brain would find applications in fields like image-guided neurosurgery or safety system design (helmets, car manufacturing, security fences design,...). In the present thesis, we propose an original, fractional calculus-based, constitutive equation of the brain tissue. Different types of experiments (unconfined compression, relaxation and cyclic tests) were carried out in order to characterize the mechanical behaviour of the brain tissue. The use of the digital image correlation enabled us, for the first time to our best knowledge, to prove the incompressibility of the brain tissue, a widespread assumption. The constitutive model was calibrated and validated using these experiments. The agreement between the model and the experimental results is very satisfactory. The model reproduces with only a few percent error the stress-strain curves for the compression tests at three different loading rates covering two orders of magnitude as well as the behaviour in the relaxation and cyclic tests. La modélisation du tissu cérébral fait l'objet de nombreuses recherches depuis quelques années. En effet, un modèle biomécanique du cerveau trouverait des applications dans le domaine de la neurochirurgie guidée par l'image et chez les fabricants de système de sécurité (casques, automobiles, barrières de sécurité,...). Dans cette thèse, nous proposons un modèle d'équation constitutive original pour le tissu cérébral basé sur l'utilisation des dérivées d'ordre réel arbitraire (aussi connues sous le terme de dérivées fractionnaires). Divers types d'essais (compression, relaxation et essais cycliques) ont également été réalisés afin de caractériser le comportement mécanique du tissu cérébral. L'utilisation de la corrélation d'images numériques a permis, pour la première fois à notre connaissance, de démontrer expérimentalement son incompressibilité, justifiant ainsi une hypothèse couramment rencontrée. La loi constitutive développée a été calibrée et validée à partir de ces essais. L'accord entre le modèle et les résultats expérimentaux est très satisfaisant en ce qui concerne le comportement en compression à trois vitesse de déformation différentes s'étalant sur deux ordres de grandeur. Il en va de même pour les comportements en relaxation et lors des essais cycliques.

Cette thèse présente une étude expérimentale des mécanismes contrôlant la réponse macroscopique d’une interface sable-pieu sous sollicitations axiales monotones et cycliques. Une approche innovante associant la tomographie rayons X à des outils avancés d’analyses d’images en trois dimensions (3D) est utilisée dans le but d’extraire des informations à différentes échelles, notamment à l’échelle micro. L’analyse quantitative du comportement individuel des grains situés au voisinage du pieu fournit une collection de données 3D qui pourraient être utilisées pour la validation de modèles numériques ou théoriques.Une série de tests est réalisée sur un pieu instrumenté à pointe conique installé par vérinage monotone dans un échantillon dense de sable calcaire. Après l’installation, le pieu est soumis à un grand nombre de cycles axiaux contrôlés en déplacements (jusqu’à 2000 cycles), à contraintes constantes. Ces essais ont été conduits dans une mini chambre de calibration qui permet d’acquérir des tomographies rayons X à haute résolution après différentes étapes de chargement. Il est admis que le dispositif expérimental n’est pas représentatif des conditions d’essais sur pieux in-situ pour les raisons principales suivantes : le ratio entre le diamètre de la chambre le diamètre du pieu et le ratio entre le diamètre du pieu et la taille moyenne des grains sont bien inférieurs aux ratios recommandés dans la littérature afin de limiter les effets d’échelle. Par conséquent, les résultats obtenus dans ce travail ne peuvent et ne doivent pas être directement extrapolés pour le design de pieux réels. Cependant, un tel dispositif permet de reproduire qualitativement des tendances similaires à celles observées à l’échelle macro sur des essais à grande échelle et d’observer des mécanismes se déroulant à l’échelle micro.Les images 3D obtenues par reconstruction des tomographies rayons X sont utilisées afin d’identifier et de suivre l’évolution des grains individuels. Le champ cinématique complet en 3D est mesuré grâce à un code de corrélation d’images numériques 3D (DIC), « TomoWarp2 ». Des outils de traitement d’image sont également employés pour suivre les changements de porosité et la production de fines par broyage des grains à l’interface.Pendant la mise en place du pieu, plusieurs zones où les déplacements se concentrent sont identifiées. Une recirculation des grains le long du fût du pieu est mise en évidence. Globalement, le sable a un comportement dilatant à l’exception d’une fine couche (épaisseur d’environ 3 à 4·D50) autour du pieu où les fines sont produites. Pendant les cycles, la réponse macroscopique de l’interface montre une évolution en deux phases, avec une augmentation non négligeable de la résistance du fût dans la seconde phase. Pour ces deux phases, la mesure de la cinématique granulaire révèle un comportement du sol différent associé à une densification importante à l’interface. Dans la première phase, le sol se contracte radialement dans une zone de 4·D50 d’épaisseur. Ce phénomène est certainement dû au réarrangement granulaire mesuré par DIC. Dans la seconde phase, les grains de sables se déplacent difficilement et la densité à l’interface atteint un seuil pour lequel le frottement sur le pieu augmente de manière significative. / This doctoral work presents an experimental investigation into the mechanisms governing the macroscopic response of sand-pile interface during monotonic installation and subsequent axial cyclic loading. An innovative approach combining x-ray tomography and advanced image analysis tools is employed to extract information at different scales, including the micro-scale. A quantitative analysis of the behavior of individual sand grains in the vicinity of the pile offers valuable three-dimensional (3D) data set against which theoretical or numerical approaches could be tested.A series of tests is run on an instrumented close-ended conical model pile installed by monotonic jacking in a dense calcareous sand sample. Following the installation, the model pile is submitted to a large number of axial displacement-controlled loading cycles (a few thousands cycles) under constant normal stress. The tests are performed in a mini-calibration chamber that allows the acquisition of high resolution x-ray images at different stages of the loading. The chamber is admittedly not representative of field pile testing conditions for the main following reasons: the calibration chamber-to-pile diameter ratio and the sand particle-to-pile diameter ratio are far below the ratios recommended in the literature to limit scale effects on the interface response. Consequently, the results presented in this work can not, and should not, be directly extrapolated to field pile design. Yet, such a setup is able to reproduce qualitatively trends that are similar to those obtained at the macro-scale on large-scale experiments and allows the observation of full-field mechanisms taking place at the micro-scale.3D images resulting from the reconstruction of the x-ray scans are used to identify and follow the evolution of individual sand grains. Full-kinematics are measured thanks to a 3D Digital image Correlation (DIC) code, “TomoWarp2”. Image processing tools are also employed to measure local porosity changes and the production of fines by grain crushing at the interface.During pile installation, different zones where grains displacements concentrate are identified. A recirculation of the grains alongside the pile is also observed. Globally, the sand mass exhibits a dilative behavior except within a relatively thin layer (about 3 to 4·D50 thickness) around the model pile where grain crushing occurs. During subsequent loading cycles, the macroscopic response of sand-pile interface shows a two-phases evolution, with a non negligible increase of shaft resistance in the latter phase. For these two phases, the measurement of grain kinematics reveals a different behavior of the sand mass associated with a significant densification at the interface. In the first phase, the sand mass contracts radially within a region of thickness 4·D50. This mechanism is likely due to inter-granular rearrangement as measure by DIC. In the second phase, sand grains hardly move and the sand mass reaches a threshold density for which the friction on the shaft starts to increase substantially.

Dans le cadre de la sécurité routière, les essais de choc ne permettent pas la prédiction des blessures internes, notamment aux organes abdominaux. La simulation numérique apparaît comme un outil prometteur pour évaluer le risque lésionnel d'une configuration d'impact en permettant de décrire les sollicitations relatives aux différents organes. Afin de quantifier le risque de blessure, il est nécessaire de connaître le comportement à rupture des tissus du corps humain. L'objet de cette étude est le foie, dont les blessures sont souvent graves. L'attention s'est portée sur les lacérations surfaciques, qui impliquent le parenchyme et la capsule hépatiques. L'objectif de cette thèse est de caractériser et modéliser le comportement et la rupture de ces deux tissus. L'étude expérimentale s'est progressivement focalisée sur les tissus impliqués dans la lacération surfacique. Un protocole de compression de foie entier pressurisé a mis en évidence le mécanisme d'apparition des lésions, liées à une sollicitation de traction biaxiale. Une série d'essais de traction uniaxiale sur parenchyme et capsule a permis la quantification des propriétés à rupture de ces tissus. Enfin, les essais de gonflement de capsule ont permis la caractérisation indépendante de celle-ci sous une sollicitation plus réaliste. La mesure de champ par corrélation d'images 2D puis 3D a été utilisée dans ces deux derniers protocoles, révélant les phénomènes locaux tels que la localisation de la déformation avant rupture. Le module élastique du parenchyme a été évalué ; un modèle linéaire puis hyperélastique a été identifié pour le comportement de la capsule. Lors de ces campagnes d'essais, les influences de l'origine biologique -porc ou humain - et de la congélation sur les propriétés mécaniques des tissus ont été évaluées par des tests statistiques. Le travail de modélisation s'est porté sur l'endommagement et la rupture d'un tissu fibreux membranaire initialement isotrope. Les fibres sont supposées élastiques linéaires fragiles. L'endommagement est modélisé comme le résultat de la rupture des fibres à l'échelle microscopique. Deux méthodes d'homogénéisation issues de la littérature sont utilisées et comparées. Le modèle obtenu permet de décrire l'endommagement par deux variables scalaires macroscopiques. Plusieurs phénomènes observés expérimentalement - dépliement progressif des fibres, fibres endommageables, propriétés variables d'une fibre à l'autre - constituent des extensions au modèle. Construit dans un cadre très général, ce modèle est identifié sur les essais de gonflement de la capsule hépatique. La simulation des essais est réalisée en appliquant les conditions aux limites expérimentales ; le module élastique et la déformation à rupture des fibres sont identifiés par un algorithme d'optimisation. Les modèles et propriétés mécaniques à rupture ainsi définis peuvent être inclus dans un modèle de foie entier en vue de la simulation d'un choc. / In the field of road safety, internal injuries including abdominal injuries cannot be predicted through crash-tests using dummies. Numerical simulation is a promising tool to evaluate the risk of injury of a given impact configuration by descripting the loadings on the organs. Quantifying the risk of failure requires knowledge about the mechanical behaviour and the failure properties of the tissues of the human body. As the liver injuries account for a large amount of the serious injuries, the present study is focused on this organ and more specifically on the surface laceration. The aim of this study is to characterize and model the failure behaviour of the two tissues involved in the surface laceration : the parenchyma and the hepatic capsule. The experimental study includes three protocols which range from the organ scale to the tissue scale. Compression tests on whole perfused porcine and human livers enhanced the failure mechanism of the liver surface ; surface laceration seems to be caused by multiaxial tension. Uniaxial tensile tests on parenchyma and capsule samples from human and porcine livers allowed the determination of the failure properties of these two tissues. Independent characterization of the human liver capsule was conducted through inflation tests, which correspond to a more realistic loading than uniaxial tension. Full-strain fields were computed by digital image correlation and stereocorrelation on the second and third protocols ; local phenomena such as the localization of the strain field before failure or material heterogeneities were observed. The linear modulus of the parenchyma was determined. The capsule behaviour was modeled as linear first, then as hyperelastic. Statistical tests based on the results of the uniaxial tests assessed the influence of the biological origin of the tissues - porcine or human - and the preservation method - keeping fresh of freezing. The modeling part of this study is focused on the damage and rupture of an isotropic fibrous membrane. The fibers are linear elastic and brittle. The failure of the fibers at the microscopic scale creates macroscopic damage in the tissue which can be described by two scalars. The homogenization of the behaviour is conducted through two methods available in the literature ; they can therefore be compared. Several phenomena observed on biological fibrous tissues - damageable fibers, crimped fibers, random mechanical properties of the fibers - have been included in the model. This damage model is finally identified on the inflation tests of the capsule which are simulated using the experimental boundary conditions catched by stereocorrelation. The elastic modulus as well as the ultimate strain of the fibers are determined by an optimization algorithm. The material and failure properties as well as the damage model determined in this study can be included in a liver model to simulate a crash. The occurence of surface laceration could then be predicted.

Les filtres céramiques représentent une solution efficace pour capturer et retenir les particules carbonées émises par les moteurs automobiles Diesel. En cas de choc thermique dû à une régénération sévère, la résistance thermomécanique de ces filtres est primordiale pour assurer une bonne efficacité de filtration pendant toute la durée de vie du véhicule. Pour cette raison, la conception de filtres à particules Diesel à base de titanate d'aluminium est une innovation prometteuse au sein de la gamme du groupe Saint-Gobain. A température ambiante comme à haute température, les caractérisations des comportements mécaniques et à la propagation de fissure du titanate d'aluminium sont les objectifs principaux de ces travaux de thèse. Basée sur différents essais mécaniques analysés par corrélation d'images 2D et 3D, une méthodologie d'identification est ainsi développée et appliquée sur la céramique à base de titanate d'aluminium pour les filtres à particules. Tout d'abord, des essais de flexion effectués à température ambiante mettent en évidence le comportement endommageable de cette céramique microfissurée fortement poreuse. Des fonctions de forme spécifiques à la flexion quatre points sont construites pour mesurer, par corrélation d'images 2D, la cinématique globale et la position de l'axe neutre. Une loi d'endommagement est identifiée pour représenter la dissymétrie entre les comportements en traction et en compression. Cette approche d'identification est appliquée à haute température, où le comportement mécanique du matériau est non-linéaire en raison du réseau de microfissures et de la viscosité de la phase secondaire. Une seconde approche de corrélation d'images 2D, basée sur les séries de Williams, est appliquée pour analyser des essais de flexion entaillée et étudie la fissuration quasi-fragile du matériau à température ambiante. Les différents modes d'endommagement sont quantifiés énergétiquement à travers l'application d'une méthode de corrélation d'images, basée sur la méthode de l'écart à l'équilibre. A haute température, la propagation de fissure apparaît également comme quasi-fragile, entre autres en raison d'importants mécanismes de renforcements vers 800°C. Parallèlement, l'essai de double-torsion est analysé car il permet de contrôler la propagation de fissures sur de longues distances. Un prototype est conçu pour réaliser des essais in situ dans un tomographe. Par corrélation d'images 3D, l'évolution du front curviligne de la fissure est observée dans l'épaisseur du matériau. Avec une simulation X-FEM, la répartition des facteurs d'intensité des contraintes le long du front de fissure est calculée pour en expliquer sa propagation. Ces travaux ont permis de caractériser les fortes déformabilité et résistance à la propagation de fissure du matériau à haute température. Ces propriétés jouent un rôle clef dans la résistance thermomécanique des filtres à particules Diesel à base de titanate d'aluminium.

Ce travail décrit une étude expérimentale sur des tôles en Ni-Ti à température ambiante en cisaillement plan simple, et pour des vitesses de déformation de 10-4 à 103/s. En quasi-statique (10-4-10-2/s), la mesure optique du champ de déplacement est indispensable à cause du faible déplacement (0.3mm). Des essais à vitesse de déformation intermédiaire (10-1-101/s) ont été réalisés avec la Machine MTS modifiée, capable d'aller à 300mm/s. Une caméra rapide est nécessaire pour suivre ces tests. Enfin, des barres de Hopkinson sont utilisées pour les essais à haute vitesse (102-103/s).Les efforts se sont concentrés sur la méthodologie afin d'explorer les limites expérimentales. Au niveau mécanique, des efforts ont été apportés sur la conception des montages des mors pour combiner des exigences contradictoires. Au niveau mesure, des caméras optiques fonctionnant jusqu'à 5M images/s ont été utilisées. La texture des images, la peinture, la lumière, la taille d'élément et l'incertitude sont analysées. De plus, la caméra infrarouge est utilisée pour confirmer l'observation optique sous faibles vitesses de déformation.Finalement, des essais ont été réalisés pour 7 ordres de grandeurs de la vitesse de déformation, avec identification de la relation contrainte-déformation et observation de l'évolution de la bande de transformation. On observe : (i) Une augmentation de la contrainte avec la vitesse de déformation. (ii) Un champ de déformation non homogène, même en faible vitesse, avec une bande à 10 degrés par rapport à la direction de cisaillement. (iii) Deux bandes séparées à haute vitesse (102/s), ce qui indique que la bande de localisation dépend de la vitesse de chargement. / This work describes an experimental study on a NiTi alloy at the ambient temperature (Pseudoelastic behavior) under the double in-plane shear loading over strain rates from 10-4 to 103/s. Under quasi-static loadings (10-4-10-2/s), the optical full-field measurement is necessary because of the very small displacement (0.3mm). The intermediate loading rates (10-1-101/s) are realized with a modified MTS machine able to load at 300mm/s. Moreover, a high-speed camera is needed to follow such tests. Finally, the Split Hopkinson bars are used to perform tests at impact loading rates (102-103/s).The main effort has been made on the methodological study to explore the experimental possibility. For the mechanical level, the attention has been paid on the design of the clamping system to cope with the contradictory requirements. For the measuring level, different optical cameras with sampling rate till to 5M frames/second are used. The texture, the painting, the lightening, the element size and the uncertainty are analyzed. Furthermore, an infrared camera was used at lower loading rates to confirm the DIC measurement.The tests are continually performed over 7 decades of the strain rate. The nominal stress-strain curves and the detailed observation of the transformation band evolution are measured. The main findings are as follows: (i) Regular stress increase with the strain rate; (ii) an inhomogeneous strain field under in-plane shear condition, even at very low strain rates, with a band at 10 degrees from the shear direction under lower strain rates. (iii) Two separated bands at the strain rate of 102/s, which suggests that the localized transformation bands are rate dependent.

Les filtres céramiques représentent une solution efficace pour capturer et retenir les particules carbonées émises par les moteurs automobiles Diesel. En cas de choc thermique dû à une régénération sévère, la résistance thermomécanique de ces filtres est primordiale pour assurer une bonne efficacité de filtration pendant toute la durée de vie du véhicule. Pour cette raison, la conception de filtres à particules Diesel à base de titanate d'aluminium est une innovation prometteuse au sein de la gamme du groupe Saint-Gobain. A température ambiante comme à haute température, les caractérisations des comportements mécaniques et à la propagation de fissure du titanate d'aluminium sont les objectifs principaux de ces travaux de thèse. Basée sur différents essais mécaniques analysés par corrélation d'images 2D et 3D, une méthodologie d'identification est ainsi développée et appliquée sur la céramique à base de titanate d'aluminium pour les filtres à particules. Tout d'abord, des essais de flexion effectués à température ambiante mettent en évidence le comportement endommageable de cette céramique microfissurée fortement poreuse. Des fonctions de forme spécifiques à la flexion quatre points sont construites pour mesurer, par corrélation d'images 2D, la cinématique globale et la position de l'axe neutre. Une loi d'endommagement est identifiée pour représenter la dissymétrie entre les comportements en traction et en compression. Cette approche d'identification est appliquée à haute température, où le comportement mécanique du matériau est non-linéaire en raison du réseau de microfissures et de la viscosité de la phase secondaire. Une seconde approche de corrélation d'images 2D, basée sur les séries de Williams, est appliquée pour analyser des essais de flexion entaillée et étudie la fissuration quasi-fragile du matériau à température ambiante. Les différents modes d'endommagement sont quantifiés énergétiquement à travers l'application d'une méthode de corrélation d'images, basée sur la méthode de l'écart à l'équilibre. A haute température, la propagation de fissure apparaît également comme quasi-fragile, entre autres en raison d'importants mécanismes de renforcements vers 800°C. Parallèlement, l'essai de double-torsion est analysé car il permet de contrôler la propagation de fissures sur de longues distances. Un prototype est conçu pour réaliser des essais in situ dans un tomographe. Par corrélation d'images 3D, l'évolution du front curviligne de la fissure est observée dans l'épaisseur du matériau. Avec une simulation X-FEM, la répartition des facteurs d'intensité des contraintes le long du front de fissure est calculée pour en expliquer sa propagation. Ces travaux ont permis de caractériser les fortes déformabilité et résistance à la propagation de fissure du matériau à haute température. Ces propriétés jouent un rôle clef dans la résistance thermomécanique des filtres à particules Diesel à base de titanate d'aluminium. / Ceramic filters are an efficient solution to capture and retain the carbon particulates that are emitted by Diesel engines. In case of thermal shock due to a severe regeneration, the thermomechanical resistance of these filters is essential to ensure high filtration efficiency during the whole life time of the vehicle. For this reason, the conception of filters made of aluminium titanate is a promising innovation for the group Saint-Gobain. The main objective of this thesis is the characterization of mechanical and fracture behaviours, at both room and high temperature. To reach these goals, integrated techniques of Digital Image Correlation (DIC) present a strong potential to measure displacement fields, analyze tests and identify mechanical properties. Based on different mechanical tests analyzed by 2D and 3D-DIC, an identification methodology is developed and applied on the porous ceramic made of aluminium titanate for Diesel particulate filters. First, bending tests at room temperature highlight the damageable behaviour of this microcracked ceramic. Some specific basis functions for bending tests are built to measure by 2D-DIC the global kinematics and the neutral axis position. A damage law is identified to describe the asymmetry between behaviours in tension and compression. This identification approach is also applied at high temperature, where the mechanical behaviour is non-linear because of the microcracks and the silicate secondary phase. A second approach of 2D-DIC, based on the Williams series, is applied to analyze notched bending tests and to identify the parameters governing the quasi-brittle fracture of the material at room temperature. The energies dissipated by the different damage modes are quantified thanks to a third 2D-DIC method based on the equilibrium gap method. At high temperature, the behaviour is also non-brittle, because of numerous toughening mechanisms near 800°C, among others reasons The double-torsion test is also analyzed since it enables to control the propagation of long cracks for thin and brittle specimens. A prototype is built to perform in situ tests analyzed by tomography X. Using 3D-DIC, it is possible to observe the evolution of the curvilinear crack front in the specimen thickness. Thanks to a X-FEM simulation, the stress intensity factors are calculated along the crack front to explain its propagation. These works have highlighted the important deformability and crack propagation resistance of this material at high temperature. These two properties might be the main reasons for the high thermomechanical resistance of Diesel particulate filters made of aluminium titanate. The identified laws at high temperature can be used for numerical simulations of filters during severe regenerations. More generally, techniques used in these works present a strong interest for the development of new ceramics made of aluminium titanate for filtration applications.