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.

Une plaque de plâtre allégée est un produit constituée d’un cœur, « mousse de plâtre », dont la porosité peut atteindre 75% et de revêtements de carton. Il est important de comprendre et caractériser le comportement mécanique de la plaque de plâtre pour optimiser le compromis résistance thermique / tenue mécanique. Pour répondre à cet objectif, des méthodologies spécifiques de corrélation d’images numériques et d’identification du comportement mécanique dans des régimes fortement non-linéaires (endommagement, effondrement de la porosité, fissuration macroscopique…) ont été développées et mises en œuvre. Une première classe de propriétés mécaniques, conditionnant la manutention et la pose des plaques, concerne la tenue à la flexion. Des essais de flexion trois et quatre points ont été réalisés jusqu’à la rupture. La corrélation d’images numériques 2D a été utilisée pour suivre la cinématique de l’essai. Le comportement de la plaque de plâtre en flexion a été identifié grâce à une description continue et homogénéisée de type poutre où la dégradation progressive de la rigidité de la plaque est décrite par une loi d’endommagement. Une procédure d’identification spécifique est présentée où imperfections expérimentales et brisures éventuelles de symétrie sont prises en compte. L’analyse montre que le comportement de la plaque en flexion est essentiellement piloté par les propriétés mécaniques de la face cartonnée et de la qualité de l’interface papier-plâtre. Le mécanisme de rupture en flexion a été également identifié par des essais in-situ dans un tomographe. Une deuxième catégorie de propriétés mécaniques concerne un essai normatif d’arrachement. Grâce à des tests réalisés au sein d’un tomographe, et à l’analyse de la cinématique par corrélation d’images volumiques, les différentes étapes clefs ont été identifiées, et la compaction du cœur par effondrement de la porosité sous compression a été reconnu comme le facteur limitant. Dans le but de mieux comprendre ce mécanisme de ruine des essais d’indentation sphérique tomographiés ont été réalisés sur des échantillons de mousse constitutive du cœur de la plaque. Sous l’indenteur, une transition brutale entre comportement élastique et compaction forte accompagnée d’un effondrement de la porosité est visible. Pour répondre à la nécessité d’estimer finement l’état de déformation multiaxiale qui caractérise cette transition, une procédure originale de corrélation d’images volumiques intégrée a été développée. Elle s’appuie sur un code commercial d’éléments finis comme moyen de générer une base cinématique adaptée à l’essai d’indentation sphérique. Le couplage d’essais mécaniques in-situ, la corrélation d’images volumiques et la simulation numérique d’une part, et l’intégration d’informations connues a priori dans la démarche d’identification d’autre part ont permis d’identifier un critère de ruine local. Le comportement triaxial du plâtre poreux a été caractérisé également via des essais triaxiaux homogènes, en suivant différents trajets de chargement. Le comportement triaxial du plâtre moussé a été identifié. Les résultats obtenus sont en accord avec les résultats de l’identification conduite sur l’essai d’indentation. / Lightweight plasterboard is a product composed of a "plaster foam" core whose porosity can reach 75% lined with two sheets of paper. To optimize the compromise between thermal resistance and mechanical strength, it is important to understand and characterize the mechanical behavior of the plasterboard. In the present work, specific methodologies for digital image correlation and identification of the mechanical behavior in highly nonlinear regimes (damage, collapse of porosity, macroscopic cracking ...) have been developed and implemented. A first set of mechanical properties, crucial for handling and placarding, concerns the bending strength. Three and four points bending tests were performed until failure. Digital image correlation was used to follow the kinematic of the test. The behavior of the plasterboard has been identified through a homogenized continuum description based on plate kinematic where the progressive degradation of bending stiffness is described through a damage law. A specific procedure for identification is presented where experimental imperfections and symmetry breakdown are tolerated and accounted for. The analysis shows that the mechanical behavior of the plasterbaord in bending test is controlled primarily by the mechanical properties of the paper lining and the quality of gypsum / paper interface. The failure mechanism in bending test was also identified through in-situ tests performed inside the tomograph. A second category of mechanical properties relates to a normative test “Nail pull test”. Through tests conducted inside the tomograph and the analysis of the kinematics by digital volume correlation, the different key stages of the failure mechanism have been identified. The compaction of the core by the collapse of porosity in compression has been recognized as the limiting factor. In order to better understand the compaction mechanism in-situ spherical indentation tests were performed on foamed samples prepared from the board core. The results from the in-situ experiment show that a compacted zone develops under the indenter, displaying a very sharp boundary with the undamaged material that behaves elastically. To meet the need for estimating accurately the state of multiaxial strain that characterizes this transition, a new methodology is presented. It is an integrated digital volume correlation based on a library of fields adapted to the spherical indentation test and computed from commercial finite element software. Coupling in-situ mechanical tests, digital volume correlation and numerical simulations on the one hand, and integration a priori known information in the identification process on the other hand allowed us to identify a local failure criterion. The behavior of porous plaster was also characterized via homogeneous triaxial tests, by following different loading paths. The triaxial behavior of foamed plaster has been identified. The results are in agreement with those obtained via the identification procedure conducted on the spherical indentation tests.

La combinaison de la tomographie à rayons X comme technique d’imagerie 3D non destructive, et de la corrélation d’images numériques (DVC) qui permet de mesurer les champs de déplacements à partir de paires de telles images, a ouvert la voie à l’exploitation quantitative d’expérimentations mécaniques in situ. Cette thèse contribue à élargir le champ d’application de ces techniques en développant deux axes :- d’une part la régularisation mécanique qui permet de pallier le manque de contraste microstructurale en compensant ce déficit par une connaissance a priori sur le comportement mécanique du matériau. Initialement destinée à rendre compte d’un comportement élastique linéaire, nous avons étendu cette stratégie à des essais montrant une propension à la localisation de la déformation plastique dans deux directions tout en préservant le caractère isochore de la transformation. Cette technique a été testée sur des images de laminographie de tôle d’un alliage d’Aluminium pour montrer que la déformation plastique localisée précède très sensiblement l’endommagement plastique (au sens de l’apparition et la croissance de cavités plastiques).- d’autre part, à partir d’un volume de référence reconstruit, nous avons développé une technique de corrélation d’images volumiques qui apprécie la cinématique de l’objet étudié directement sur les projections (radiographies). Cette stratégie permet de diminuer très fortement le nombre de projections nécessaires à chaque instant du chargement, et donc d’augmenter très fortement la résolution temporelle de la technique en minimisant le temps d’acquisition. Cette technique a été utilisée sur un exemple de propagation de fissure de fatigue dans une fonte à graphite sphéroïdal.- enfin l’utilisation conjointe de ces deux stratégies ouvre des perspectives séduisantes d’essais rapides avec suivi cinématique 4D où la résolution temporelle peut être augmentée de plus de deux ordres de grandeur sans compromission sur la qualité de la mesure. Enfin, il est à noter que les données expérimentales restent redondantes, si bien que la validation (ou non) des hypothèses utilisées est naturellement obtenu à l’issue du traitement. Ces deux axes soulignent le bénéfice engendré par l’infusion d’une pré-connaissance, que ce soit sur le comportement mécanique ou sur la microstructure de l’éprouvette, dans la résolution du problème inverse des mesures cinématiques. / The combination of X-Ray Tomography as a 3D nondestructive imaging technic and the digital volume correlation (DVC) which uses two images to measure displacement fields, paved the way to the quantitative exploitation of in situ mechanical testing.This thesis has contributed to broaden the scope of these technics by developing two axes :- On one hand the mechanical regularization which overcomes the lack of microstructural contrast by adding an a priori knowledge of the material’s mechanical behavior. Initially designed for and linear elastic behavior, this strategy has been extended to tests where plastic strain occurs in two directions while preserving the isochoric characteristic of the deformation. This technic has been tested on images of Aluminum plates obtained by laminography to show that localized plastic strain occurs way before plastic damage (i.e. germination and growth of plastic cavities).- On the other hand, from a reconstructed volume, a DVC technic has been developed which measure the kinematic of a sampled on the radios. This strategy allows to reduce greatly the number of necessary projections à each loading step, and therefore to improve greatly the temporal resolution by minimizing acquisition time. This technic has been used on an example of fatigue crack propagation of a cast iron.- At last, the combine use of these two strategies pave the way to appealing perspectives of fast mechanical test with 4D kinematics measurements, where the temporal resolution can be improve by more than two order of magnitude without any loss in the quality of the measure. One can realized that experimental data are redundant, so the validation (or not) of the hypotheses used is obtained at the end of the procedure.These two axes show the gain of using pre-knowledge, either on mechanical behavior, either on the microstructure o the sample, in the resolution of inverse problem for kinematics measurements.

[pt] Nesta tese foi desenvolvida uma metodologia para caracterização tridimensional de espumas de poliuretano (PU) produzidas a partir de polióis de origem vegetal. Espumas obtidas a partir do caule e da folha da bananeira foram analisadas. Foi utilizada a microtomografia computarizada de raios x (μCT) associada a ensaios mecânicos in-situ e processamento e análise digital de imagens (PADI). Utilizou-se uma câmara de ensaios in-situ comercial e também foi desenvolvida uma câmara específica para esta tese. As imagens tridimensionais obtidas foram avaliadas por técnicas tradicionais de ADI e pela técnica de Correlação Volumétrica de Imagens (DVC). A sequência padrão envolveu a redução de ruídos e o método de watersheds para segmentar as células individuais que formam a estrutura das espumas. Assim, foi possível quantificar diferentes parâmetros de tamanho (volume, diâmetro médio) e forma (razão de aspectos, esfericidade) de cada célula em 3D e comparar estatisticamente as amostras. A técnica de DVC permitiu correlacionar sub volumes das espumas em diferentes estágios do processo de compressão, revelando alguns aspectos do mecanismo microscópico de concentração de tensões. Um ensaio de compressão tradicional permitiu escolher as duas amostras com maiores limites de resistência (CB8 e FB6). Estas amostras foram submetidas ao ensaio de compressão in-situ e analisadas para diferentes valores de deformação. A amostra FB6 apresentou cerca de 5 vezes mais células do que a amostra CB8, com diâmetro médio cerca de 2X menor. Considerando os primeiros estágios de deformação (0, 0,5 e 1 mm), que foram idênticos para as duas amostras, o número de células aumentou 5,9 porcento para CB8 e 1,7 porcento para FB6, enquanto o volume médio diminuiu 2,6 porcento e 1,9 porcento, respectivamente. As medidas de forma apontaram para células não equiaxiais (razão de aspectos e esfericidade próximos a 0,4), sem mudanças expressivas ao longo dos ensaios. / [en] In this thesis, a methodology was developed for the three-dimensional characterization of polyurethane (PU) foams produced from polyols of vegetable origin. Foams obtained from the banana stem and leaf were analyzed. X ray microtomography (μCT) associated with in-situ mechanical tests and digital image processing and analysis (PADI) was used. A commercial in situ test chamber was used and a specific chamber was also developed for this thesis. The three-dimensional images obtained were evaluated by traditional ADI techniques and by the Volumetric Image Correlation (CVD) technique. The standard sequence involved noise reduction and the watersheds method to segment the individual cells that make up the foam structure. Thus, it was possible to quantify different parameters of size (volume, average diameter) and shape (aspect ratio, sphericity) of each cell in 3D and to statistically compare the samples. The CVD technique made it possible to correlate subvolumes of the foams at different stages of the compression process, revealing some aspects of the microscopic stress concentration mechanism. A traditional compression test made it possible to choose the two samples with the highest strength limits (CB8 and FB6). These samples were submitted to the compression test in situ and analyzed for different strain values. The FB6 sample had about 5 times more cells than the CB8 sample, with an average diameter about 2X smaller. Considering the first deformation stages (0, 0,5 and 1 mm), which were identical for both samples, the number of cells increased 5,9 percent for CB8 and 1,7 percent for FB6, while the average volume decreased 2,6 percent and 1,9 percent, respectively. The shape measurements pointed to non-equiaxial cells (aspect ratio and sphericity close to 0,4), with no significant changes during the tests.

This thesis is concerned with the evaluation, in-situ, of the elastic strain energy release rate of cracks. This can define the criteria for crack propagation, and it is usually necessary to obtain this via calculation from the geometry and applied load. A new method is proposed, based on the conjoint use of digital image correlation to measure full-field displacements and finite element to extract the strain energy release rate of surface cracks. It has been extended to 3-D datasets with the use of digital volume correlation and tomographic imaging. A finite element model with imported full-field displacements measured by DIC/DVC acting as boundary conditions is solved and the J-integral is calculated. For linear elastic materials, modal contributions can be separated via the interaction integral. The method has been benchmarked using synthetic datasets to assess its sensitivity to noise and experimental uncertainties. It is very robust to experimental noise and can be used without knowledge of the specimen geometry and applied loads. The application of the method in 2-D is demonstrated in an analysis of experimental data for a mode I fatigue crack, introduced to an aluminium alloy compact tension specimen. Analysis of mixed-mode cracks in 2-D is shown on a PMMA sample with the Arcan geometry. In 3-D, static loading of a fatigue crack in nodular graphite cast iron is studied and the results from the method are compared with those obtained via a field-fitting approach. Diffraction analysis of polycrystalline materials can determine the full tensor of the elastic strains within them. Maps of elastic strains can thus be obtained typically using synchrotron X-rays or neutrons. A method is presented to calculate the elastic strain energy release rate of a crack from 2-D diffraction strain maps. The diffraction data is processed via a finite element approach to obtain the parameters required to calculate the $J$-integral. A validation is presented using a synthetic dataset from a finite element model. Its experimental application is demonstrated in an analysis of synchrotron X-ray diffraction strain maps of a propagating fatigue crack in a bainitic steel, before and after an overload. Finally, a complex case study of stable fracture propagation in polygranular isotropic nuclear graphite is presented. Synchrotron X-ray tomography and strain mapping by diffraction were combined with DVC and image analysis to extract the full-field displacements and elastic crystal strains. The displacement fields have been analysed using the developed methods to extract the critical strain energy release rate for crack propagation. Non-linear properties described the effect of microcracking on the elastic modulus in the fracture process zone. The analysis was verified by comparison of the predicted and measured elastic strain fields.

La thèse a pour but de caractériser les propriétés mécaniques de matériaux à base de fibres de bois en relation avec les propriétés intrinsèques des fibres et leur arrangement spatial complexe. Ce type de matériau, dont les caractéristiques dépendent de sa configuration, est hétérogène à différentes échelles : à l’échelle microscopique de la fibre, à l’échelle mésoscopique du réseau des fibres et à l’échelle macroscopique du matériau. Pour observer ces hétérogénéités, différents moyens expérimentaux de caractérisation sont utilisés, notamment la microtomographie aux rayons X et la corrélation d’images volumiques. Ces deux techniques permettent à la fois de visualiser et numériser la position spatiale des différentes fibres du matériau à l’échelle microscopique dans le volume, et d’obtenir le champ tridimensionnel de déformation à cœur. Comme résultats, le matériau étudié montre un comportement non-linéaire avec une déformation résiduelle et un effet d’hystérésis en charge/décharge, qui suit le modèle de Van-Wyk. A l’échelle microscopique, le champ de déformation 3D apparait fortement hétérogène et est intimement lié aux porosités locales. / This thesis aims at characterizing the mechanical properties of wood-based fibrous material in relation with the intrinsic properties of the fiber as well as the complex architecture of random fibrous assembly. This material, whose characteristics strongly depend on its configuration, is heterogeneous at different scales: microscopic scale of individual fibers, mesoscopic scale of fiber assembly and macroscopic scale of sample. In order to observe these heterogeneities, different experimental characterization methods are employed, especially X-ray microtomography and Digital Volume Correlation. These both techniques allow us to visualize and digitize the spatial position of different phases of material at microscopic scale as well as the full 3D strain field inside the material. The obtained results are following: the material shows a non-linear mechanical behavior with hysteresis and residual deformation during cyclic compression tests, which respects Van Wyk's model. At microscopic scale, the 3D strain field is strongly heterogeneous and deeply related to local porosities.

Pour l'étude d'une structure solide ou d'un matériau, l'analyse expérimentale permet d'obtenir des grandeurs mécaniques qui permettent de comprendre leurs comportements ou encore de valider des résultats issus d'une simulation numérique. Ces grandeurs peuvent être de différentes natures (contraintes, déformations...) et être localisées de différentes manières dans l'espace (2D, 3D) et dans le temps (statique, dynamique). Le bilan des techniques actuelles d'analyse expérimentale en mécanique des solides révèle un besoin concernant l'acquisition d'une structure en tous points avec une résolution élevée à la fois spatialement et temporellement. L'objectif des travaux menés au cours de cette thèse est le développement d'une nouvelle technique d'acquisition capable d'acquérir un volume de matière de quelques centimètres de côté en moins d'une seconde avec une précision spatiale inférieure à 0.1mm. Les volumes obtenus doivent avoir une qualité suffisamment élevée pour être couplés à la technique de Corrélation d'Images Volumiques (DVC) permettant d'obtenir les déplacements ainsi que le tenseur des déformations de Green-Lagrange complet au coeur de la matière. Un nouveau procédé d'acquisition baptisé Optical Rotating Scanning Tomography (ORST) et basé sur le découpage optique a été développé. Après l'avoir décrit mathématiquement, un système spécifique synchronisé avec une caméra rapide a été conçu. La méthode a été appliquée sur deux essais mécaniques : traction continue et contact entre un galet roulant et un bloc. L'analyse des résultats a montré que l'ORST est capable d'analyser l'évolution des champs de déformations à la fois au coeur du volume et résolue en temps. / To study of a solid structure or a material, an experimental analysis can be used to get mechanical fields in order to understand the mechanical behaviour or to validate simulation results. Different kind of fields can be obtained (stress, strain) in different spatial (2D, 3D) or temporal referential (static, dynamic). Current techniques are not able to acquire the whole volume of a structure with a high spatial and temporal resolution. The objective of this work is to develop a new volume acquisition technique able to capture a volume with a characteristic edge size of several centimetres in less than 1 second with a spatial accuracy less than 0.1mm. Reconstructed volumes need to have a good quality to be used with the Digital Volume Correlation (DVC) in order to provide displacement fields and the full Green-Lagrange tensor in the whole volume. A new acquisition technique called Optical Rotating Scanning Tomography (ORST) based on the optical scanning technique has been developed. A mathematical description has been achieved and then a special device has been manufactured. This device is synchronized with a high speed CCD camera in order to perform time-resolved acquisition. This new technique has been used to study two mechanical tests. The first is a traction test with a continuous loading, and the second concerns a wheel rolling over a solid bloc. Experimental results of these applications show that ORST technique is able to analyse displacement and strain fields in the whole volume and in a time-resolved way.

Au cours des dernières décennies, des efforts importants ont été menés dans la modélisation des processus de rupture ductile entraînant des progrès substantiels. Cependant, la compréhension complète des mécanismes de rupture ductile dans des états de contraintes spécifiques demeure une question ouverte. Ceci est dû au manque de bases des données expérimentales et à la non validation des modèles pour ces conditions de chargement. Dans ce travail, les acquisitions de données sont principalement obtenues en utilisant la laminographie, ce qui rend possible l'imagerie de régions d'intérêt d'échantillons plats. L'utilisation d'éprouvettes larges (et minces) permet de générer différents états de contraintes et des conditions aux limites pertinentes pour l'ingénierie, qui ne pouvaient pas être évaluées jusqu'à présent en trois dimensions et en essais in-situ à des échelles micrométriques. La corrélation d'images volumiques (DVC) est utilisée pour mesurer les champs de déplacement à l'intérieur des échantillons en acquérant des images de laminographie 3D. Deux classes de matériaux représentatives de deux modes génériques de rupture ductile ont été examinées, à savoir les alliages d'aluminium (rupture par instabilité) et la fonte à graphite sphéroïdal (rupture par croissance de vide et coalescence).L'observation de la microstructure et les interactions déformations-endommagement pour différentes géométries d'échantillons et pour différents niveaux de triaxialité des contraintes associés ont été étudiées pour des alliages d'aluminium à une résolution micrométrique. De plus, un cadre combiné numérique-expérimental (DVC-FE) est introduit pour valider les simulations numériques à l'échelle microscopique pour la fonte à graphite sphéroïdal. Les simulations par éléments finis (FE), qui représentent la microstructure des matériaux étudiés, sont conduites avec des conditions aux limites de Dirichlet extraites des mesures DVC. Enfin, le cadre DVC-FE a été amélioré et utilisé comme une procédure d'identification intégrée pour l'étude du comportement élasto-plastique de la matrice ferritique de la fonte, non seulement en termes de champs cinématiques induits par la microstructure aléatoire, mais aussi avec les niveaux de charge globaux. / In the last few decades significant efforts have been made in modeling ductile failure processes resulting in substantial progress. However, the full understanding of ductile failure mechanisms under specific stress states still remains an open question. This is partly due to missing experimental data and validation of models for such loading conditions.In this work, data acquisitions are mainly obtained by using laminography, which makes the imaging of regions of interest in flat samples possible. The use of large (and thin) specimens allows various stress states and engineering-relevant boundary conditions to be generated, which could not be assessed in three dimensions and in-situ at micrometer scales before. Digital Volume Correlation (DVC) is used for measuring displacement fields in the bulk of samples by registering 3D laminography images. Two material classes that are representative of two generic modes of ductile failure have been examined, namely, Al-alloys (failure by instability) and cast iron (failure by void growth and coalescence). The observation of microstructure and strain-damage interactions at micrometer resolution for various specimen geometries and associated levels of stress triaxiality are studied for Al-alloys. Additionally, a combined computational-experimental (DVC-FE) framework is introduced to validate numerical simulations at the microscopic scale for nodular graphite cast iron. Finite Element (FE) simulations, which account for the studied material microstructure, are driven by Dirichlet boundary conditions extracted from DVC measurements.Last, the DVC-FE framework is upgraded to an integrated identification procedure to probe elasto-plastic constitutive law of the cast iron ferritic matrix not only in terms of kinematic fields induced by the random microstructure but also by overall load levels.

Le développement de méthodes d’identification de paramètres de lois de comportement de matériaux est devenu primordial pour avoir accès à la connaissance complète du comportement. En effet, les méthodes de mesure optiques, comme la Corrélation d’Images Numériques, permettent d’obtenir les quantités cinématiques de la relation de comportement sous forme de champs de vecteurs. En revanche, les contraintes ne sont généralement pas mesurables et il est nécessaire d’identifier les paramètres de la loi de comportement du matériau considéré pour y avoir accès. Plusieurs méthodes ont vu le jour et permettent de répondre à cette problématique mais la plupart d’entre elles supposent une homogénéité du matériau. Ce mémoire traite de l’application de certaines de ces méthodes, notamment la méthode de l’écart à l’équilibre (MEQ) et la méthode de recalage de modèle éléments finis (MREF), dans des matériaux hétérogènes à microstructure complexe où les propriétés mécaniques évoluent spatialement dans le volume. L’objectif est d’identifier ces propriétés mécaniques locales qui régissent la cinématique mesurée de tels matériaux dans le cadre de l’élasticité linéaire isotrope. Dans un premier temps, les deux méthodes citées sont décrites, implémentées et comparées sur des cas simulés en 2D. La MREF est préférée à la MEQ car plus robuste vis-à-vis des incertitudes de mesure. Basée sur un formalisme itératif, une parallélisation de l’algorithme a été opérée pour diminuer le coût en temps de la méthode. Des expérimentations dans le plan sur des éprouvettes en polyuréthane où les hétérogénéités sont maîtrisées ont permis de valider la méthode. Enfin, deux applications en 3D sur un matériau en mousse polyuréthane et un composite à base de fibres de bois démontrent l’intérêt d’une telle méthode pour l’identification de propriétés mécaniques locales. La mise en évidence d’une relation entre les propriétés locales identifiées et les propriétés locales de la microstructure de ces matériaux est effectuée. / The development of identification methods of material constitutive equation parameters has become fundamental to completely know the mechanical behavior. Indeed, optical methods, such as Digital Image Correlation, allows to get kinematics quantities of the constitutive equation as vectors fields. But, stresses are usually not available experimentally and one has to identify constitutive equation parameters to compute them. Several methods have been developed and answer to that problematic but most of them suppose the materials as homogeneous. This memoir is about the application of some of these methods, such as the equilibrium gap method (EGM) and the finite element model updating method (FEMU), in the case of heterogeneous materials with complex structures where mechanical properties vary spatially in the volume. The objective is to identify these local mechanical properties which rule the measured kinematics of such materials considering the isotropic linear elasticity. Firstly, both methods are detailed, implemented and compared on 2D simulated cases. The FEMU method is preferred because it is more robust in the presence of noisy data. Based on an iterative process, a parallelisation of the algorithm is achieved in order to reduce the cost of the method. In-plane experiments on polyurethane samples where heterogeneities are controlled have validated the method. Finally, two 3D applications on a polyurethane foam material and a wood-based fibrous composite have demonstrated the interest of this approach to identify local mechanical properties. The highlighting of a relationship between identified local properties and microstructural properties of these materials is made.