Cette thèse s'intéresse à l'amélioration de la prévision de l'éclatement des pièces tournantes des turbomachines. L'axe de recherche principal a été celui de l'identification du comportement du matériau jusqu'à rupture pour des sollicitations multi-axiales représentatives et l'identification des conditions de rupture locale elles mêmes. Pour cela une approche basée sur la corrélation d'image numérique intégrée a été suivie. L'autre axe abordé dans cette thèse a été celui de la prévision objective et robuste de la rupture par la mécanique de l'endommagement dans le cadre de simulations explicites utilisant des techniques de scaling pour diminuer les temps de calcul. Deux matériaux ont été étudiés, un alliage titane TA6V et un alliage nickel Udimet 500. Des éprouvettes ont été définies pour permettre d'avoir des sollicitations proches de celles en service et pour permettre d'utiliser des techniques de mesure de champs. Un code commercial (ABAQUS) est utilisé dans une approche intégrée de la corrélation des images numériques (CIN). Le principe de ces méthodes est d'optimiser la corrélation directement à partir des paramètres du modèle sans passer par une procédure intermédiaire demandant de reconstruire préalablement les champs de déformations. Cette technique, qui peut-être vu comme très régularisante, confère à la méthode une grande robustesse, ce qui permet d'obtenir des informations même en présence de mouchetis dégradés lors des phases ultimes de chargement. L'ensemble des paramètres constitutifs des modèles peut alors être identifié avec un seul essai hétérogène. Dans l'étude un accent particulier a été mis sur l'analyse des champs de triaxialité, dont l'importance sur les conditions de rupture est suspectée, en utilisant des éprouvettes fines et des éprouvettes épaisses. Des lois de comportement ont pu être identifié pour des niveaux de déformations plastiques jusqu'à 3 fois supérieurs à ceux atteints dans des essais de traction uni-axiaux et ceci en présence d'adoucissement global. L'intégration étroite des essais et des simulations a également permis d'analyser l'état de déformation et contraintes des éléments proches de la surface de rupture juste avant celle-ci et ainsi de tester des critères de rupture potentiels avec un grand nombre de données. Pour la seconde partie de la thèse, plus exploratoire faute de temps, une étude préliminaire a porté sur la possibilité d'utiliser des modèles à taux d'endommagement limités combinés avec des techniques de scaling pour utiliser des simulations explicites dans le cadre de sollicitations centrifuges quasi-statiques. Les premiers résultats montrent qu'une accélération est possible avec des niveaux d'erreurs relativement bas sur les vitesses de rotation conduisant à la rupture et ceci dans des temps comparables avec des simulations implicites quasi-statique, l'avantage étant la robustesse des analyses en dynamique explicite. / This thesis addresses the amelioration of the burst prediction of turbo-engines rotating parts.The principal axis of this study was the identification of the material behaviour up fracture under multi-axial loading and the identification of the local condition at failure. To accomplish this, an integrated digital image correlation approach was employed.The other thematic axis of this thesis was the objective and robust prediction of rupture using the damage mechanics in the framework of explicit simulations and the study of the influence, on the prediction, of various scaling techniques used to decrease the computation time.Two materials were studied, the titanium alloy TA6V and the nickel alloy Udimet 500. The samples were defined to guarantee similar loading conditions as those in the disks in service and to allow the use of field measurement techniques.A commercial code (ABAQUS) is used in an integrated approach to Digital Image Correlation (DIC). The principle of this method is to optimize the correlation of the test directly with the model parameters without passing by an intermediate procedure requiring the reconstruction of the deformation field beforehand. This technique, which can be seen as highly regularising, grants a considerable robustness to the method, which allows obtaining information from degraded speckle patterns encountered at the end of the test. The entire set of constitutive parameters can be identified with only one heterogeneous test. Within this study, a particular accent was laid on the analysis of triaxiality fields by using thin and thick samples. The importance of these fields for the fracture conditions is suspected.Constitutive models were identified for plastic strains that were about three times higher than the ones achievable in uniaxial tensile test on smooth sample.The close integration of the experiments and simulations allowed the analysis of deformation and stresses of the elements near the failure surface at the instant just before failure. This allowed the testing of different criteria with a large amount of data.For the second axis of the thesis, preliminary studies examined the possibility to use limited damage rate models combined with scaling techniques. These latter allow performing explicit simulations in context of a centrifugal quasi-static loading. The results show that acceleration is possible. The errors of the rotational speeds, which lead to disk fracture, are relatively low. The simulation times are comparable to implicit quasi-static simulations, while the main advantage is the maintained robustness in explicit simulations.

La plupart des ruptures des structures géotechniques sont associées aux phénomènes de localisation des déformations, qui s'accompagnent toujours d'un adoucissement de la résistance. De nombreuses observations expérimentales montrent que d’importants réarrangements et rotations de particules se produisent à l'intérieur des bandes de cisaillement. Cette thèse vise à étudier numériquement les phénomènes de localisation des déformations dans les matériaux granulaires. Considérant les problèmes de dépendance au maillage dans l'analyse par éléments finis dans le cadre de la modélisation continue classique, un modèle de sable basé sur l' état critique a été formulé dans le cadre de la théorie micropolaire. Un code d'éléments finis pour les problèmes bidimensionnels a été développé dans ce cadre. Ensuite, les simulations d'essais bi-axiaux ont permis d’étudier en profondeur les caractéristiques des bandes de cisaillement en termes d'apparition,d'épaisseur, d'orientation, etc. Dans le même temps, l'efficacité de l'approche micropolaire, en tant que technique de régularisation, a été discutée. L'analyse de l'instabilité dans un continuum micropolaire basé sur le travail du second-ordre a également été effectuée. Enfin,pour une application plus large dans la simulation des défaillances en ingénierie géotechnique, le modèle 2D a été étendu à un modèle 3D. Sur la base de l'étude, les modèles 2D et 3D ont démontré leurs capacités de régularisation pour éviter les problèmes de dépendance au maillage et reproduire raisonnablement les bandes de cisaillement dans les géostructures. / Most of the progressive failures of geotechnical structures are associated with the strain localization phenomenon, which is generally accompanied by strength softening. Many experimental observationsshow that significant rear rangements and rotations of particles occur inside the shear bands. The aim of this thesis is to investigate numerically the strain localization phenomena of granular materials. Considering the mesh dependency problems in finite element analysis caused by strains oftening within the classical continuum framework, a sand model based on critical-state has been formulated within the framework of the micropolar theory, taking into account the micro rotations, and implemented into a finite element code for two dimensional problems. Then, the simulations of the shearband in biaxial tests are comprehensively studied in terms of onset, thickness, orientation, etc. At the same time, the efficiency of the micropolar approach, as a regularization technique, is discussed. This is followed by an instability analysis using the second-order work based on the micropolar continuum theory. Finally, for a wider application in simulating failures in geotechnical engineering, the 2D model has been extended to 3D model. Based on the entire study, both the 2D and 3Dmodel demonstrate obvious regularization ability to relieve the mesh dependency problems and to reproduce reasonably the shear bands in geostructures.

Cette étude a pour objectif principal d’établir une stratégie de modélisation robuste, fiable et performante pour décrire des propagations de fissures d’échelle centimétrique en régime ductile dans des composants industriels. Le modèle d’endommagement de GTN écrit en grandes déformations est utilisé pour modéliser l’endommagement ductile. Ce modèle conduit généralement à une localisation de la déformation, conformément à l’expérience. L’échelle caractéristique de ce phénomène est introduite dans les équations de comportement via l’adoption d’une formulation non locale.Sur le plan numérique, ce modèle non local rend bien compte de la localisation dans une bande d’épaisseur donnée lorsqu’on raffine suffisamment le maillage. Par ailleurs, le problème de verrouillage numérique associé au caractère initialement isochore de la déformation plastique est limité en utilisant une formulation à base d’éléments finis mixtes. Enfin, la distorsion des éléments totalement cassés (i.e. sans rigidité apparente), qui pourrait nuire à la bonne convergence des simulations numériques, est traitée par une régularisation viscoélastique.L’ensemble de ces ingrédients sont appliqués pour simuler la propagation de fissure dans un milieu infini plasticité confinée), de sorte à établir un lien avec les approches globales en J-Δa. L’émoussement, l’amorçage et la (grande) propagation de fissure sont bien prédits. Le modèle est également appliqué à une tuyauterie métallique testée en grandeur réelle dans le cadre du projet européen Atlas+. Après une phase d’identification des paramètres sur éprouvette, les réponses globales et locales d’autres éprouvettes et du tube sont confrontés aux résultats expérimentaux. Ces résultats illustrent le degré de robustesse, de fiabilité et de performance qu’on peut attendre du modèle. / The major goal of this work is to establish a robust, reliable and efficient modeling technique so as to describe ductile tearing over a distance of several centimeters in industrial cases. The GTN damage model expressed in the context of finite strains is chosen to model ductile damage. Generally, the model leads to strain localization in agreement with experimental observations. The characteristic length scale of this phenomenon is introduced into the constitutive equations through the use of a nonlocal formulation.On a numerical ground, the nonlocal model controls the width of the localization band as soon as the mesh is sufficiently refined. Besides, the issue of volumetric-locking associated with plastic incompressibility is handled using a mixed finite element formulation. Finally, the distortion of broken elements (i.e. without any stiffness), which may affect the computational convergence of numerical simulations, is treated using a viscoelastic regularization.The improved GTN model is applied to simulate crack propagation under small-scale yielding conditions, so as to establish a relation with the global (J-Δa) approach. Crack tip blunting, crack initiation and (large) crack propagation are well captured. The model is also applied to a full-scale metallic pipe in the framework of the UE project Atlas+. After a phase of parameter calibration based on the experimental results on some small specimens, the global and local responses of other small specimens and of the full-scale pre-cracked pipe are compared with the experimental results. The results illustrates the robustness, the reliability and the efficiency of the current model.