Le crissement des freins à disque est un phénomène sonore indésirable dû au frottement des garnitures sur le disque. Ce système dynamique autonome non-linéaire génère des vibrations auto-entretenues responsables d’émissions sonores pouvant atteindre 110dB. Les études actuelles se limitent principalement à l’analyse de stabilité qui surestime généralement le domaine d’instabilité. L’objectif de cette thèse est donc d’étendre l’étude du crissement de frein au domaine non-linéaire à l’aide de méthodes moins coûteuses numériquement que les traditionnelles méthodes temporelles. Dans un premier temps, nous nous sommes tout d’abord intéressé à la modélisation simplifiée d’un système de frein composé d’une garniture et d’un disque de frein. Nous avons réduit ces éléments aux interfaces de contact permettant ainsi de garder les non-linéarités tout en traitant des modèles de plus petite taille. Dans un second temps, nous avons développé une méthode non-linéaire originale qui, basée sur les méthodes classiques de balance harmonique, permet de calculer la réponse dynamique des systèmes autonomes non-linéaires. Cette méthode, applicable sur des systèmes soumis à un ou plusieurs modes instables, est capable de calculer des réponses périodiques ou pseudo-périodiques. Enfin nous avons appliqué cette méthode sur le modèle réduit de frein et montré son avantage en terme de coût numérique. Cette étude a également permis de mettre en avant des phénomènes non-linéaires complexes tels que l’augmentation des amplitudes avec l’ajout d’amortissement ou encore la disparition d’un mode instable dans la réponse dynamique. / Disc brake squeal is an undesirable noise generated by the friction at the disc/pad contact interfaces. This nonlinear autonomous dynamic system is subjected to self-excited vibrations that are responsible for squeal noise up to 110dB. Disc brake squeal phenomenon is generally investigated by a stability analysis only, that has a tendency to over-estimate the instability domain. In this view, the objective of this thesis is thus to extend the brake squeal study to the nonlinear domain using less time consuming nonlinear methods than the traditional temporal methods. Initially, we were interested in a simplified modeling of a brake system made up of a pad and a disc brake. Both elements were reduced on their contact interfaces thus allowing to keep nonlinearities while treating moreover small size models. Secondly, we spread an original nonlinear method based on the common harmonic balance methods. It makes it possible to compute periodic or pseudo-periodic dynamic responses of an autonomous nonlinear system depend upon it is subjected to one or more unstable modes. Finally, we applied this method to the reduced brake model and showed its computational advantage compared to temporal methods. This study has thrown light on complex nonlinear phenomena such as the growing vibration amplitudes while damping increases or the disappearance of an unstable mode in the dynamic response.

Les matériaux de garniture de frein ferroviaire haute énergie sont des composites à matrice métallique de formulations complexes et fortement hétérogènes. L’orientation vers ce type de matériau découle des nombreuses performances que le système de frein à disque doit assurer : tribologique (frottement, usure), thermomécaniques (intégrité en température), acoustiques (crissement). De nouvelles normes environnementales conduisent à des évolutions nécessaires des garnitures vers par exemple, des formulations à basse teneur en cuivre. La complexité des formulations conduit à des développements principalement empiriques. Il est proposé dans ce travail de développer des méthodologies améliorant la compréhension du lien entre la formulation des matériaux de friction et ses performances en freinage. Le premier volet des travaux exposés consiste en des caractérisations microstructurales couplées à des mesures de propriétés thermophysiques des matériaux. Celles-ci menées sur des matériaux neufs et après sollicitations de freinage ont montrées des évolutions significatives. Le second volet de l’étude concerne les essais à l’échelle réduite permettant d’atteindre des sollicitations analogues à celles durant des essais de performances à l’échelle 1. Les échantillons de dimensions réduites simplifient les analyses tribologiques. Le dernier volet des travaux s’intéresse aux aspects vibroacoustiques via des essais sur un système simplifié qui mettent en évidence le rôle du circuit tribologique. Outre ces apports méthodologiques, l’étude montre l’impact des axes de développement des nouvelles formulations. Des explications sont données sur les liens entre la formulation, propriétés et performances thermomécaniques, vibroacoustiques et tribologiques des garnitures. Tout comme les méthodologies proposées, elles doivent permettre d’améliorer les développements futurs. / High energy railway brake materials are metallic matrix composite with complex and highly heterogeneous formulations. The technological choice towards this type of material for brake pads stems from the many performances that disc brake system must ensure: tribological performances (friction coefficient, wear), thermomechanical performances (integrity in temperature), acoustic performances (squeal). New international environmental standards, lead to evolutions of pad formulations, consisting of reduce copper content. Because of complexity of the formulations, the developments are empirical. It is proposed in this work to develop methodologies that improve the understanding of the link between the formulation of friction materials and their braking performances. The first part of the works consists of microstructural characterizations of the materials on new materials and after braking solicitations showing significant evolutions. The characterizations are coupled with measurements of the thermophysical properties. The second part of the study concerns reduced scale tests that achieve similar solicitations to full scale performance braking tests. Reduced scale samples simplify tribological analysis. The last part of the work focuses on vibroacoustic aspects by studying squeal tendency of a simplified system that highlight the role of the tribological circuit. In addition to these methodological contributions, the study shows the impact of the development axes of the new formulations. Explanations are given on the links between the formulation, properties and performances: thermomechanical, vibroacoustic and tribological. As the proposed methodologies, they must allow to improve prospective material developments.

Afin de produire de l’électricité, une éolienne doit s’orienter de manière à être face au vent. Cette rotation est assurée par un système de giration placé entre le mât et la nacelle appelé « yaw ». C’est lors de la phase de yawing que peut apparaître le phénomène de « crissement » à cause du contact frottant entre les garnitures des freins et le disque, l’effort de freinage n’étant pas relâché afin de contrôler la giration de la nacelle. Dans un objectif de réduction voire de suppression du bruit, une démarche scientifique de compréhension du phénomène comprenant un volet structure et un volet matériau a été mise en place, aucune étude sur le sujet n’ayant jamais été réalisée dans le domaine éolien. La première étape de l’étude a consisté en une caractérisation du problème en conditions réelles sur éolienne. Les données collectées complétées par une étude bibliographique élargie ont permis de définir une stratégie d’étude : de manière globale, cette recherche est basée à la fois sur une approche expérimentale et sur une approche numérique. L’accent est mis sur l’influence du matériau de friction : plusieurs matériaux ont été investigués dont l’un correspond à une « amélioration » d’une formulation industrielle initialement relativement « bruyante ». Ces matériaux sont également décrits et caractérisés en termes de propriétés mécaniques et les surfaces frottées sont observées après essai. Au final, cette étude a permis de maitriser et d’identifier certains paramètres influents tels que le rôle des garnitures, amenant de nombreux éléments de compréhension des phénomènes mis en jeu afin d’appréhender des voies d’amélioration pour la réduction du bruit. / In order to produce electricity, a wind turbine needs to be face to the wind. The system allowing its orientation is placed between the tower and the nacelle and is called ‘yaw’. Due to the contact between friction pads and disc during the rotation phases, squeal noise can occur, the braking forces being used to control the nacelle rotation. In the aim of reducing and even suppressing the noise, a scientific approach has been set up to understand the phenomena involved, including the structure and the friction material aspects, no such study has ever been carried on in the wind turbine domain. The first step has consisted in characterizing the problem in real conditions on wind turbines. The collected data and an extended bibliographic study have been used to define a strategy: globally, the study is based both on experimental investigations and numerical simulations. The influence of the friction material has been highlighted: several materials have been investigated, one of them being a “improvement” of a commercial material initially “noisy”. Those friction materials are also described and characterized regarding their mechanical properties and the rubbing surfaces have been observed after tests. In the end, that study has enable to control and identify some influent parameters as the role of the friction pads, bringing a better understanding of the phenomena involved in that squealing noise problematic in order to develop new improvement solutions to reduce noise.

Ces travaux s’inscrivent dans le cadre des recherches destinées à réduire ou à éliminer le bruit de crissement émis par les véhicules ferroviaires en courbe ou au freinage. Ces bruits peuvent en effet atteindre des niveaux sonores très élevés, jusqu’à 105 dB(A) à proximité des rames en cas de freinage par exemple, et constituent une gêne importante pour les usagers et les riverains. Afin d’apporter des solutions de réduction de ce bruit de crissement, on se concentre sur la modélisation des vibrations auto-entretenues de structures avec contact frottant ainsi que sur la compréhension des mécanismes à l’origine du crissement résultant, en particulier dans le cas d’un frein à disque ferroviaire. On fait l’hypothèse que les vibrations ont pour origine un couplage de modes de la structure dans les directions tangentielles et normale à l’interface en contact frottant. Ce couplage entraîne une instabilité de l’équilibre quasi-statique glissant du système et l’apparition de vibrations auto-entretenues. On cherche à déterminer ces vibrations par le calcul ce qui s’effectue en deux étapes. Dans un premier temps, l’analyse de stabilité de l’équilibre quasi-statique du système permet de déterminer l’occurrence des vibrations. Dans cette thèse, deux hypothèses de modélisation du frottement – plan ou rectiligne – sont comparées dans le cas d’un modèle académique minimal. Dans le cas non-amorti, on montre que l’hypothèse simplificatrice du frottement rectiligne tend à stabiliser le système. Dans le cas amorti, on constate que les résultats établis dans la littérature pour un frottement rectiligne, en particulier le paradoxe de déstabilisation, ne sont pas facilement généralisables au cas du frottement plan bien que des similitudes existent. Dans un deuxième temps, une analyse non-linéaire est nécessaire pour déterminer les amplitudes et le contenu fréquentiel précis des vibrations auto-entretenues. Cette étape est généralement effectuée à l’aide d’une intégration temporelle numérique à partir de conditions initiales données, proches de l’équilibre glissant. En examinant l’évolution temporelle des vibrations obtenues à l’aide de cette technique, on peut distinguer d’une part le régime transitoire au cours duquel les non-linéarités apparaissent et stabilisent progressivement la solution instable, et d’autre part le régime stationnaire (ou régime de fonctionnement) où les amplitudes vibratoires sont stabilisées. Dans le cas du modèle académique, une analyse rigoureuse des échanges énergétiques au cours de l’évolution temporelle permet de mettre en évidence l’origine de la stabilisation des vibrations, en particulier la baisse du taux de puissance injectée au contact résultant de l’accumulation des événements fortement non-linéaires : décollements, adhérences ou chocs. L’intégration temporelle directe n’est toutefois pas adaptée à des modèles numériques comportant de nombreux degrés de liberté et pour lesquels la détermination du régime stationnaire est généralement suffisante pour proposer des solutions de réduction. Le surcoût de calcul engendré par le régime transitoire est en effet très limitant. C’est pourquoi, une méthode est proposée pour approximer directement le régime stationnaire dans le cas d’un système mono-instable. Cette méthode combine une technique de tir à une initialisation basée sur les observations énergétiques ci-dessus. Elle est d’abord validée sur le modèle minimal puis adaptée au modèle éléments finis de frein ferroviaire moyennant une approximation originale de la technique de tir : la réduction de l’espace des phases des conditions initiales. Les approximations des régimes stationnaires sont comparées avec ceux obtenus par l’intégration temporelle directe. Les avantages et les limitations de la méthode sont discutés. / This work is part of research intended to mitigate or eliminate the squeal noise produced by railway vehicles in curves or during braking. For instance, brake noise can reach very high sound levels up to 105 dB(A) close to the trains and constitutes an important nuisance for passengers and residents in the station. In order to provide some mitigation measures, the study focuses on the modelling of self-sustained structural vibrations in presence of frictional contact and the understanding of the squeal generation mechanism, especially for of a railway disc brake. It is assumed that vibration is due to structural mode coupling in the normal and tangential directions at the frictional interface. This coupling leads to instability of the sliding quasistatic equilibrium of the system and the occurrence of self-sustained vibrations. Two steps are necessary to calculate these vibrations. Firstly, the occurrence of the vibrations is determined through the stability analysis of the quasi-static equilibrium. In this thesis, two modelling assumptions for the friction law – planar or rectilinear – are compared in the case of an academic model. Without damping, the simplified rectilinear friction law tends to stabilize the system. With damping, the results established in the literature in case of rectilinear friction, especially the destabilization paradox, cannot be applied generally in case of planar friction even if similarities may be observed. Secondly, a nonlinear analysis is necessary and performed to calculate the amplitudes and the detailed spectral content of the self-sustained vibrations. This step is generally performed by using numerical time integration from given initial conditions, close to the equilibrium. Taking a look at the vibrations time histories obtained by this technique, two different states may be distinguished. In the transient state, nonlinear forces appear and gradually stabilize the unstable solution whereas in the steady (stationary) state, vibrations are stabilized. In the case of the academic model, the cause of the stabilization is highlighted thanks to a rigorous analysis of energy exchanges, especially the decrease of the power rate injected via the contact interface resulting from the accumulation of strongly nonlinear events like loss of contact, stick or impacts. However, direct time integration is not very appropriate in the case of large numerical models with many degrees of freedom. Indeed, the additional computational cost due to the transient state is very high although the determination of the steady state is generally sufficient from a practical point of view. Consequently, a method is proposed in order to directly approximate the steady state in case of mono-instability. This method combines a shooting technique with an initialization based on the above energy considerations. It is first validated on the minimal model and then transposed to the finite element model of a railway disc brake through an original approximation of the shooting technique : the reduction of the initial conditions phase space. The estimations of the steady states are compared with those obtained by direct time integration. The advantages and the limitations of the method are discussed.

Le crissement est un bruit strident fréquemment produit par les systèmes de freinage de tous les types de modes de transport (automobile, aéronautique, ferroviaire,…). Dans le domaine ferroviaire, les niveaux acoustiques liés au crissement peuvent dépasser les 110 dB à un mètre du bord du quai. Ceci constitue non seulement un inconfort, mais aussi un risque pour la santé des clients et du personnel en gare. De précédents travaux ont identifié les garnitures de frein comme levier potentiel pour diminuer le crissement. Le projet AcouFren, mené par la SNCF, vise à développer des outils d’aide à la conception et à la spécification de garnitures de frein ferroviaire peu crissantes. Cette thèse s’inscrit dans ce projet et propose une étude numérique et expérimentale du crissement des freins à disque ferroviaires et plus particulièrement de TGV. Elle comporte une partie expérimentale et des développements numériques visant à obtenir des simulations numériques fiables et rapides du crissement. L’étude expérimentale permet de montrer la richesse des phénomènes de crissement pouvant survenir lors d’un freinage et de montrer les écarts et les ressemblances qu’il peut y avoir entre un freinage d’arrêt et un freinage de maintien. À partir de ces constats, les attentes vis-à-vis de la modélisation numérique proposée sont données : il s’agit de pouvoir reproduire les phénomènes présents dans les freinages de maintien. Afin d’estimer les niveaux vibratoires, le choix d’une simulation temporelle non-linéaire transitoire et stationnaire est fait. Une fois la modélisation numérique choisie, une méthode de résolution fondée sur un lagrangien augmenté est mise en œuvre. Des paramètres de la méthode optimisés sont proposés et permettent de réduire significativement les coûts de calcul. Le temps nécessaire à des simulations de dynamique non-linéaire transitoire reste toutefois prohibitif sans réduction. Une proposition de réduction de Ritz utilisant les modes complexes du système est proposée. Cette approche est testée sur un modèle académique simple afin de pouvoir quantifier l’effet d’une réduction sur un modèle nonlinéaire déstabilisé par le frottement. Si la réduction est possible, de nombreux phénomènes qu’elle induit sont mis en évidence. Les seules bases de réduction permettant une reproduction fidèle du comportement dynamique non- linéaire transitoire et stationnaire du système sont celles comportant l’ensemble des modes complexes dans une gamme de fréquence ainsi que les modes statiques d’interface. Enfin, la stratégie numérique complète est testée sur un modèle simplifié de frein TGV. La méthode de réduction proposée permet de gagner un facteur 6 en temps de calcul par rapport au modèle non réduit. La confrontation à l’expérience montre un accord satisfaisant avec la simulation : les fréquences émergentes et les niveaux vibratoires sont correctement approchés. / Squeal is a shrill noise, frequently produced by brakes of cars, planes, trains and others vehicules, which is often a source of great discomfort. For railway brakes, acoustic levels at 1 m from the train can exceed 110 dB, which is not only unpleasant but also induces a health risk for customers and staff in the station. Previous studies suggested that squeal might be reduced by modifying the brake linings. The AcouFren project, lead by the French railway society SNCF, aims to develop tools for designing and specifying low-squeal brake linings. This thesis, part of this project, develops a numerical and experimental study of railway disc brake squeal, particularly for the french high-speed train (TGV) brakes. The experimental study shows the complexity of squeal-related phenomena that can occur during braking, and the variations and the similarities between breaking to a full stop and steady braking. Starting from these observations, expectations with regard to the numerical model are stated: it should be able to reproduce the phenomena of the steady braking. In order to estimate the vibration levels, transient and stationary non-linear dynamics simulations are performed. Once the numerical modelling has been chosen, a solver based on the augmented Lagrangian method is developed. An optimization of the parameters of the method is proposed, which allows significant reduction in computational cost. However, the simulations remain heavily time consuming. This is why a reduction strategy based on the Ritz method and using the complex modes of the system is proposed. The proposed approach is tested on a simple academic model. This allows quantifying the effects of a reduction on a non-linear model destabilized by friction. It is shown that many disturbance phenomena may occur due to the reduction. The only bases of reduction allowing a correct reproduction of the transient and stationary non-linear dynamics of the system are those including all the complex modes in a frequency band as well as the static interface modes. Lastly, the complete numerical strategy is tested on a simplified model of a TGV brake. Compared to the full model, the proposed reduction method reduces the computational cost by a factor of 6. Comparison between simulation and experiment show that both frequencies and vibration levels are predicted with reasonable agreement.

Dans l'industrie automobile, le bruit reste un problème majeur. Le crissement de frein est un bruit moyenne-haute fréquence renforcée par les vibrations du système et par un couplage de modes instable entre les composants. On suppose également que les propriétés du contact entre la plaquette et le disque jouent un rôle. Le but de ce travail est de lier l'apparition du crissement avec les transformations du matériau de friction et de son profil. Trois formulations de matériaux simplifiées sont testées. Ces formulations sont comparées à une plaquette de frein commerciale. Une forte hétérogénéité des propriétés mécaniques et thermiques est constatée. Des essais de bruit sont exécutés sur des systèmes de freins pour comparer les formulations. On note une forte influence de la formulation, de la température et de l'historique de freinage sur les occurrences de crissement. Des essais sur banc ont été réalisés à différents états de frottement: vierge, avant et après une charge thermique élevée, etc. L'originalité de ce travail est d'étudier l'évolution du matériau de friction avec la séquence de freinage et en particulier ses propriétés mécaniques et ses hétérogénéités. Ces propriétés sont considérées à la surface et dans le volume via des tests d'indentation. Il est montré que l'évolution des propriétés est liée à des seuils de dégradation du matériau avec la température atteinte au cours de la séquence de test. L'hétérogénéité et la distribution des propriétés de contact et de volume, implémentés dans le modèle numérique d'un système de freinage simplifié pour analyser la stabilité dynamique, semblent avoir un rôle important dans la stabilité du système. / In the automotive industry, noise is a major problem. Brake squeal is a medium-high frequency noise reinforced by system vibrations and mode lock-in between components. It is assumed the contact properties the pad and the disc play an important role. The aim of this work is to link squeal occurrence with transformations of friction material and profile. Three simplified friction material formulations were tested. These formulations are compared with a commercial brake pad. Significant heterogeneity is observed regarding mechanical and thermal properties. Noise tests are performed on brake systems to compare formulations. A strong influence of formulation, temperature and braking history is observed on squeal occurrence. Following these acoustic tests, additional tests were stopped at different states of friction: at virgin state, before and after a high thermal load, in silent or noisy conditions. The originality of this work is to consider the evolution of the friction material with braking sequence and especially its mechanical properties and their heterogeneities. These properties are separated in two levels: at the surface and onto the volume via indentation tests. It is shown the evolution of the properties is linked to thresholds of material degradation with temperature reached during the test sequence. The heterogeneity and distribution of the volume and contact properties of the material, implemented in a finite element simplified braking system to analyse the dynamic stability, appears to have a significant role in the system stability.

Le crissement des freins à disque se caractérise par des émissions sonores nuisibles pouvant atteindre 110 dB à des fréquences allant de 1 kHz à 20 kHz. Le contact frottant induit des mécanismes d'instabilité qui engendrent des vibrations non linéaires caractérisées par une grande richesse fréquentielle. Ces vibrations auto-Entretenues sont responsables des émissions des bruits de crissement. Les objectifs principaux de ces travaux de recherche sont d'une part, de mettre en place une méthodologie globale permettant d'estimer les émissions sonores induites par frottement. Cette démarche s'accompagne du développement d'outils numériques spécifiques à l'étude du rayonnement acoustique induit par frottement. D'autre part, on cherche à développer des méthodes simplifiées permettant l'estimation rapide et contrôlée des niveaux sonores. On souhaite également employer ces méthodes pour l'étude de l'influence de certains paramètres sur le comportement dynamique et le rayonnement acoustique. Dans un premier temps, un modèle simplifié de frein à disque capable de reproduire des instabilités par couplage de modes est construit. Ensuite, les vibrations non linéaires et autoentretenues induites par frottement sec sont calculées par intégration temporelle pour des cas d'instabilités à un et deux modes instables. Puis, la méthode acoustique multi-Fréquentielle proposée est utilisée pour caractériser le rayonnement acoustique. Cette méthode permet d'étudier l'influence du trajet de chargement de la pression de freinage ainsi que du coefficient de frottement. Les résultats montrent que ces deux paramètres influent significativement sur les comportements dynamique et acoustique. Enfin, une méthode de sélection des fréquences prépondérantes de crissement couplée à une méthode d'approximation de la pression acoustique rayonnée est développée. Cette approche permet d'estimer rapidement les niveaux sonores avec une erreur contrôlée. Son efficacité est prouvée à l'aide d'une comparaison avec des résultats numériques issus de la méthode des éléments finis de frontière. / Brake squeal phenomenon is caracterized by high noise levels up to 110 dB in a frequency range from 1 kHz to 20 kHz. Frictional contact induces instabilities which generate non linear vibrations associated with a complex spectrum. These self-Excited vibrations are responsible for squeal noise. The first main objective of this work is to develop a global approach for the calculation of squeal noise emissions. This approach involves the development of specific numerical tools dedicated to friction-Induced noises. The second aim is the development of numerical tools which allow us to quickly well estimate squeal noise levels. These approaches are used to investigate the influence of parameters on dynamic and acoustic behaviors of a simplified brake. Firstly, a simplified disc-Pad model with friction is proposed. It is capable of reproducing classical cases of instability by mode coupling. Then, the friction-Induced non linear selfexcited vibrations are calculated by temporal integration for cases with one and two unstable modes. Secondly, the multi-Frequency acoustic calculation method is developed and used to calculate the radiations. Thirdly, these approaches allow us to investigate the influence of the path of loading followed by the braking pressure and the friction coefficient. Numerical results show that these two parameters significantly modify the dynamics and the radiations of the brake during squeal events. Finally, a method which allows to detect the predominant squeal frequencies is proposed. An approximation of the radiated sound power is also developed. These two approaches allow to quickly well estimate the squeal noise with a controlled error.

Les instabilités vibratoires, telles que le crissement de frein, sont souvent étudiées par des analyses aux valeurs propres complexes sur des modèles éléments finis (EF). L'objectif de cette thèse est d'enrichir ces modèles en prenant en compte la viscoélasticité dont les effets sont l'amortissement et la rigidification des matériaux en fonction de la fréquence. Pour cela un viscoanalyseur a été développé. Il permet de caractériser en cisaillement les matériaux entre 100 et 3500Hz, sans utiliser les équivalences temps-température. Ce viscoanalyseur permet d'alimenter en paramètres le modèle rhéologique de Maxwell généralisé par le biais d'une nouvelle méthode d'identification particulièrement robuste. Le modèle de Maxwell généralisé est ensuite introduit dans les modèles EF grâce à un modèle d'état projeté sur un sous-espace adéquat. Ces modèles améliorés prédisent moins d'instabilités du fait de l'amortissement, mais ils montrent également que la viscoélasticité peut avoir des effets de déstabilisation du fait de la rigidification.

Le bruit de crissement émis par les véhicules guidés sur rail dans les courbes serrées (rayon inférieur à 200 m) est caractérisé par un niveau de pression acoustique élevé et un spectre de raies à moyennes et hautes fréquences. La littérature est riche en modèles de simulation du crissement en courbe. Cependant, le mécanisme d'instabilité est toujours controversé. De plus, les modèles de crissement en courbe existants sont souvent simplifiés (lois de pseudo-glissement analytiques ou hypothèse de massif semi-infini élastique).Le premier objectif de la thèse est de contribuer à la compréhension du mécanisme de génération. Pour ce faire, une analyse de stabilité du contact de roulement roue/rail dans le cas du glissement latéral total est réalisée en utilisant un modèle de contact ponctuel et des bases modales roue et rail. On constate que même avec une hypothèse de coefficient de frottement de Coulomb constant, la flexibilité verticale dynamique du rail joue notamment un rôle important dans l'occurrence d'instabilité sans "décroissance du coefficient de frottement" ni sans "couplage de modes". Le second objectif de la thèse est de développer un modèle élément finis complet de contact roue/rail pour calculer des solutions de référence. Des techniques numériques appropriées sont développées pour résoudre les équations discrètes non linéaires. Ces méthodes sont ensuite appliquées à un modèle réaliste de contact roue/rail en courbe. On constate que la discrétisation de la zone de contact ne modifie pas les mécanismes d'instabilité mais les taux de divergence des modes instables en raison du couplage plus fort entre les degrés de liberté de contact normaux. / Squeal noise of railbound vehicles emitted in tight curves (radius lower than 200m) is characterized by high sound pressure levels at pure medium and high frequencies. State-of-the-art abounds with models trying to simulate curve squeal. However the instability mechanisms are still controversial. In addition, existing curve squeal models are often simplified (analytical frictional contact laws or elastic half-space assumption). The first aim of the thesis is to contribute to a clarification of the possible generation mechanisms. For this purpose, a stability analysis of wheel/rail rolling contact in the case of lateral full sliding is performed by using a point-contact model and wheel/rail modal bases. It is found that, even with a constant Coulomb friction coefficient, the rail vertical flexibility is notably found to play an important role on the instability occurrence without "falling friction" nor without "mode-coupling". The second aim of the thesis is to develop a full Finite Element model of wheel/rail contact in order to compute reference solutions and especially to verify the effects of the simplifications carried out in the point-contact model. Appropriate numerical techniques are used in order to solve the nonlinear discrete equations. In order to reduce the computational effort, reduction strategies are proposed for both domains. The methods are then applied in a realistic wheel/rail model in curve. It is found that the discretization of the contact zone does not substantially modify the instability mechanisms but the divergence rates of the unstable modes due to a stronger coupling between the normal contact degrees of freedom.

Les instabilités vibratoires, telles que le crissement de frein, sont souvent étudiées par des analyses aux valeurs propres complexes sur des modèles éléments finis (EF). L'objectif de cette thèse est d'enrichir ces modèles en prenant en compte la viscoélasticité dont les effets sont l'amortissement et la rigidification des matériaux en fonction de la fréquence. Pour cela un viscoanalyseur a été développé. Il permet de caractériser en cisaillement les matériaux entre 100 et 3500Hz, sans utiliser les équivalences temps-température. Ce viscoanalyseur permet d'alimenter en paramètres le modèle rhéologique de Maxwell généralisé par le biais d'une nouvelle méthode d'identification particulièrement robuste. Le modèle de Maxwell généralisé est ensuite introduit dans les modèles EF grâce à un modèle d'état projeté sur un sous-espace adéquat. Ces modèles améliorés prédisent moins d'instabilités du fait de l'amortissement, mais ils montrent également que la viscoélasticité peut avoir des effets de déstabilisation du fait de la rigidification. / The vibratory instabilities, such as the brake squeal noise, are often studied by complex Eigenvalues analysis (CEA) on finite elements models (FE). The purpose of this thesis is to improve these models by taking the material viscoelasticity into account which induces damping and stiffening of materials according to the frequency.For that a tester was developed. It makes it possible to characterize the shearing behavior of materials between 100 and 3500Hz, without using time-temperature equivalences. This tester allows feeding in parameters the rheological model of generalized Maxwell by the means of a new robust identification method. The generalized Maxwell model is then introduced into FE models thanks to a state-space model on an accurate subspace.These improved models predict less instability occurrences because of damping, but they also show that viscoelasticity may induce destabilization because of stiffening.