La rupture dynamique des réservoirs métalliques pressurisés résulte de la compétition entre la fissuration de la paroi et la sortie du fluide qui en est à l'origine. Pour comprendre ce phénomène, deux études expérimentales ont été mises en œuvre.<br />· La première a consisté à soumettre des plaques métalliques à des chargements sous forme d'explosions, et à examiner leur mode de fissuration. Les vitesses de fissuration semblent indépendantes du chargement, tandis que la taille des fragments augmente avec la violence de l'explosion.<br />· La deuxième a consisté à faire exploser des enceintes d'environ vingt litres. Elle a permis de confirmer une partie des tendances observées précédemment.

Les mécanismes de fracture dans les matériaux solides ont été activement étudiés. Dans les fluides complexes, les fractures ont déjà été observées et sont jusqu'à présent beaucoup moins bien documentées. Nous avons choisi d'analyser les phénomènes de fracturation dans une classe particulière de fluides complexes : les gels transitoires auto-assemblés. Ces gels, viscoélastiques, possèdent la propriété de s'écouler aux temps longs et de se comporter de manière élastique aux temps courts. Nous avons axé cette thèse autour de trois systèmes modèles : des microémulsions connectées, des solutions de micelles géantes, ainsi qu'un système " hybride " constitué de solutions de micelles de morphologie contrôlable et connectées. Tous ces systèmes, qui sont à l'équilibre thermodynamique, se comportent comme des fluides de Maxwell, néanmoins leurs microstructures sont très différentes. Les microémulsions connectées sont formées de gouttelettes d'huile, stabilisées par des tensioactifs, dispersées dans de l'eau et connectées par des polymères téléchéliques. Les solutions de micelles géantes sont des agrégats allongés et semi-flexibles, enchevêtrés, résultant de l'auto-assemblage de tensioactifs en solution dans l'eau. Enfin, le système de micelles pontées est constitué d'agrégats de tensioactifs dont on peut contrôler la morphologie (sphères -> cylindres -> vers) et qui sont pontés par un polymère téléchélique. Ces trois systèmes ont été étudiés dans une géométrie confinée : une cellule de Hele-Shaw radiale. Elle est constituée de deux plaques de verre séparées par des espaceurs de taille contrôlée (500 µm) et percée d'un trou en son centre permettant l'injection de fluides.Nos expériences consistent en l'injection, à débit contrôlé, d'une huile faiblement visqueuse dans le gel. Le contraste de viscosité entre l'huile injectée et le gel étant important, l'interface huile/gel n'est pas stable. En fonction du débit d'injection d'huile, nous avons observé différents phénomènes. A bas débits d'injection, une instabilité visco-capillaire se développe : l'interface huile/gel se déforme et forme des motifs appelés doigts visqueux. Cette instabilité de Saffman-Taylor est bien connue pour des fluides visqueux. A plus haut débit en revanche, un autre type d'instabilité se développe, d'origine élasto-capillaire : les fractures.Nous avons quantifié les différences entre les deux types d'instabilité. En utilisant des techniques complémentaires, visualisation directe à l'aide d'une caméra rapide et vélocimétrie par corrélation d'images, nous avons montré qu'il existe une discontinuité entre la vitesse de l'interface huile/gel et la vitesse du gel à la pointe de fracture. Cette discontinuité est inexistante dans le cas de la digitation. Nous avons montré que la structure du gel influe sur la transition entre ces deux types d'instabilité. En étudiant les champs de déplacement des microémulsions connectées, nous avons caractérisé les déplacements du gel autour de la pointe, notamment la manière dont l'amplitude des déplacements du gel décroit quand on s'éloigne de la pointe de fracture. Quand la structure du gel peut se réorganiser sous écoulement, nous avons mesuré un signal de biréfringence associé à ces réorganisations. En étudiant ce signal, qui apparait à la pointe d'une fracture, nous avons pu réaliser une première mesure macroscopique de la taille d'une " zone de process ". Nous avons montré que cette zone est d'autant plus grande que la vitesse de la fracture est petite.Lors d'expériences consistant à injecter des solutions de micelles géantes dans elles-mêmes, nous avons découvert l'existence d'une instabilité d'écoulement inconnue jusqu'à aujourd'hui. Elle se caractérise par la perte transitoire de la symétrie radiale de l'écoulement et l'apparition de "branches " biréfringentes se propageant à de très hautes vitesses dans le gel et qui, au final, déforment l'interface air/gel.

Résumé : Plusieurs tremblements de terre passés ont montré que face aux séismes, les ponts peuvent être les points faibles d’un réseau de transport. Néanmoins, les retours des expériences postsismiques ainsi que les études théoriques et expérimentales effectuées par les chercheurs et les ingénieurs de la pratique ont permis de faire évoluer les règles de l'art relatives au comportement sismique des ponts. Un des résultats de cette évolution est le dimensionnement basé sur la performance sismique (DBPS). En bref, le DBPS tente de concevoir des structures qui atteindront un état limite de performance déterminé lorsqu’ils sont soumis à un séisme d’une intensité donné. Toutefois, dans l'optique du DBPS, il est primordial de situer les états limites des composantes principales des ponts, principalement des piliers, de manière mesurable plutôt que phénoménologique. Lors du développement de courbes de fragilité des ponts au Québec, il est apparu que les états limites des piliers de ponts n'étaient pas clairement définis. Un programme de recherche expérimental a donc été conçu pour déterminer les états limites des piliers de pont en béton armé. Le projet comprend l’essai d’un poteau en béton armé à échelle réelle soumis à des cycles de chargement latéral en plus d’une charge axiale constante représentative du niveau de chargement réel. Le poteau reproduit les propriétés exactes des piliers du pont Chemin des Dalles (Trois-Rivières, Québec). Ce projet de recherche vise à améliorer l’évaluation de la fragilité sismique des ponts actuels du réseau routier québécois et à optimiser le dimensionnement sismique des futures structures selon l’approche basée sur la performance sismique. En particulier, le projet cherche à répondre aux incertitudes importantes qui subsistent sur la description quantitative des états limites des piliers de ponts en béton armé, particulièrement au niveau des déformations associées. / Abstract : Several past earthquakes have shown that bridges can be the weak points of a transport network. Nevertheless, returns of the post-seismic experiences as well as theoretical and experimental studies made by researchers and practice engineers allowed the art rules evolution related to the seismic behavior of bridges. One result of this evolution is the seismic performance based design (DBPS). In brief, the DBPS tries to design structures which will reach a certain limit state of performance when they are submitted to an earthquake of a given intensity. However, in the optics of the DBPS, it is essential to define the limit states of the main components of bridges, mainly for columns, in a measurable way rather than phenomenological. During the development of the fragility curves of bridges in Québec, it seemed that the limit states of the bridges columns were not clearly defined. An experimental research program was thus designed to determine the limit states of the reinforced concrete bridge columns. The project includes the testing of a large-scale reinforced concrete bridge column submitted to lateral cycles load in addition to a constant axial load which represented the real dead load level. The column reproduces the exact properties of the Chemin des Dalles bridge columns (Trois-Rivières, Québec). This research project aims to improve the evaluation of the seismic fragility of existing bridges of Québec road network and optimize the seismic design for future structures according to the performance based seismic approach. In particular, the project seeks to address the significant uncertainties which remain on the quantitative description of the limit states of the reinforced concrete bridge columns, particularly at the associated deformations level.

L’interaction dynamique entre le sol et les structures (IDSS) a fait l’objet de nombreuses études sous l’hypothèse de l’élasticité linéaire, bien que les effets de l’IDSS puissent être différents entre un système élastique et un système inélastique. De fait, les méthodologies usuelles développées à partir des études élastiques peuvent ne pas être adaptées aux bâtiments conçus pour dissiper de l’énergie par de l’endommagement lors de séismes sévères. De plus, il est bien connu que la limite d’élasticité du sol est normalement atteinte même pour de séismes relativement faibles. En conséquence, si les effets inélastiques de l’IDSS sont négligés, les études d’endommagement sismique des bâtiments peuvent être très inexactes. L’objectif de ce travail est de développer une stratégie générale pour l’étude du problème de l’IDSS non-linéaire dans le contexte de l’analyse de la vulnérabilité sismique des bâtiments. Ainsi, des modèles d’éléments finis réalistes sont développées et appliquées à des problèmes d’IDSS non-linéaires. Les modèles couvrent une large gamme des conditions pour le sol et des typologies de bâtiments soumis à plusieurs bases de données sismiques. Une stratégie de modélisation a été développée et validée afin de réduire significativement le coût numérique. Pour cela, un modèle 2D équivalent a été développé, implanté dans GEFDyn et utilisé pour effectuer une importante étude paramétrique. De nombreux indicateurs de comportement non-linéaire de la structure et du sol ont été proposés pour synthétiser leur fonctionnement lors du chargement sismique. De surcroît, une stratégie d’évaluation de la vulnérabilité sismique basée sur l’information apportée par une base des données sismiques a été développée. De façon, générale, les résultats ont mis en évidence une réduction de la demande sismique lorsque les effets inélastiques de l’IDSS sont pris en compte. Cette réduction est liée fondamentalement à deux phénomènes : l’amortissement par radiation et l’amortissement hystérétique du sol. Ces deux effets ont lieu simultanément pendant le mouvement sismique. Il est alors très difficile d’isoler l’influence de ces deux phénomènes. En effet, le mouvement effectif transmis à la structure n’est pas le même que celui en champs libre du aux effets d’interaction, ainsi qu’à la modification locale du comportement du sol fortement lié aux poids du bâtiment. Une série de mesures de sévérité sismique et des mécanismes de dissipation d’énergie au niveau du sol et du bâtiment a été introduite dans le but d’analyser ces effets. Cependant, ces résultats sont en général très irréguliers et leur généralisation a été très difficile. Néanmoins, ces résultats mettent en évidence l’importance de la prise en compte des effets du comportement inélastique du sol. La plupart des cas étudiés ont montré un effet favorable de l’IDSS non-linéaire. Mais, en général, l’IDSS peut augmenter ou diminuer la demande sismique en fonction de la typologie de la structure, des caractéristiques du mouvement sismique et des propriétés du sol. Tout de même, il y a une justification économique pour étudier les effets du comportement non-linéaire du sol sur la réponse sismique. / The dynamic interaction of the soil with a superstructure (DSSI) has been the subject of numerous investigations assuming elasticity of both, superstructure and soil foundation behavior. Nevertheless, the effect of DSSI may differ between elastic and inelastic systems. Thus, the current interaction methodologies based on elastic response studies could not be directly applicable to structures expected to behave inelastically during severe earthquakes. Additionally, the soil is known to exhibit inelastic behavior even for relatively weak to moderate ground motions. Consequently, ignoring these characteristics in studying DSSI could lead to erroneous predictions of structural damage. The main purpose of this work is to develop a general strategy to address the full DSSI problem in the context of the seismic vulnerability analysis of structures. Thus, realistic Finite Elements models are constructed and applied in a practical way to deal with these issues. These models cover a large range of soil conditions and structural typologies under several earthquake databases. Some modelling strategies are introduced and validated in order to reduce the computational cost. Therefore, an equivalent 2D model is developed, implemented in GEFDyn and used in the large parametric study conducted. Several indicators for both structural and soil responses are developed in order to synthesize their behavior under seismic loading. Additionally, a vulnerability assessment strategy is presented in terms of measures of information provided by a ground motion selection. According to the investigation conducted in this work, there is in general a reduction of seismic demand or structural damage when non-linear DSSI phenomenon is included. This reduction can be associated fundamentally to two phenomena: radiative damping and hysteretic damping due to non-linear soil behavior. Both effects take place simultaneously during the dynamic load and it is extremely difficult to separate the contribution of each part in reducing seismic demand. Indeed, effective motion transmitted to the superstructure does not correspond to the free field motion because of the geometrical and inertial interactions as well as the local modification of soil behavior, specially due to the supplementary confinement imposed by the superstructure’s weight. A series of strong-motion severity measures, structural damage measures and energy dissipation indicators have been introduced and studied for this purpose. Nevertheless, results are erratic and consequently, generalization was extremely difficult. Despite these difficulties, the results illustrate the importance of accounting for the inelastic soil behavior. The major part of the studied cases show beneficial effects such as the decrease of the maximum seismic structural demand. However, the non-linear DSSI could increase or decrease the expected structural damage depending on the type of the structure, the input motion, and the dynamic soil properties. Furthermore, there is an economic justification to take into account the modification effects due to inelastic soil behavior.

Ce travail de thèse considère les modes de déformations des verres métalliques produits sous différentes formes (verres massifs, rubans et particules). La déformation hétérogène dans des échantillons massifs de verres métalliques à base de zirconium est étudiée par microscopie électronique à balayage. Le dégagement rapide de l'énergie élastique stockée sous forme de chaleur lors de la déformation est responsable de la fusion locale observée dans les bandes de cisaillement. Le calcul du profil de température autour d'une bande par un modèle analytique est cohérent avec les observations morphologiques et les rapports d'apparition de nano-cristaux dans la zone déformée. La mise en forme par recuit des rubans de verres métalliques a été étudiée. L'étude aboutit à la mise en forme sans fragilisation des rubans appartenant à différentes compositions de systèmes d'alliages dit métal-métal et métal-métalloïde. Un processus de traitement thermique est suggéré pour assurer la redistribution des contraintes imposées avant l'intervention de la fragilité thermique. Un brevet industriel basé sur ces résultats a été conjointement déposé avec un grand fabriquant de montres mécaniques. De nouveaux matériaux composites d'alliages légers commerciaux à base de Mg et d'Al renforcés par des dispersions de particules de verres métalliques ont été réalisés sans porosité. Une amélioration très nette des propriétés mécaniques est obtenue. / This thesis features the two modes of deformation of metallic glasses produced under different forms (bulk, ribbons and particles). Inhomogeneous deformation in bulk samples is studied by scanning electron microscopy. Heat generated by elastic energy release during deformation is responsible for the melting observed in shear bands, and calculations using an analytical model of the temperature profile around a band are consistent with morphological observations and reports of appearance of nano-crystals in or next to deformed areas. Shaping by annealing glassy ribbons was carried out. The study presents successful shaping without embrittlement of ribbons of different metal-metal and metal-metalloid compositions of glassy systems. A heat treatment process is suggested for redistribution of applied stresses before the intervention of thermal embrittlement. A joint patent for exploiting the findings has been filed with a major producer of mechanical watches. Development of new strong and light composite materials by dispersing glassy particles in aluminum and magnesium based matrices is presented and significant improvement in mechanical properties is obtained.

Une soupape est une pièce complexe, aujourd'hui obtenue par mise en forme à chaud à partir d'une barre ou d'un fil. Dans un contexte concurrentiel de plus en plus sévère, les industriels du domaine sont à la recherche de la moindre économie. Ce travail de recherche à permis d'étudier la faisabilité de la mise en forme à froid de soupapes d'échappement. Deux objectifs à ce nouveau procédé : une économie d'énergie thermique conséquente et un état de livraison near net shape. Deux obstacles à surmonter : une ductilité de la matière limitée et une sollicitation mécanique des outillages plus importante. Les soupapes d'échappement courantes sont en acier inoxydable austénitique, mais certaines applications niches ont amené à utiliser des superalliages base nickel à plus hautes caractéristiques, dont le coût matière reste cependant trop élevé pour se démocratiser. Entre les deux se situent les superalliages base fer aux caractéristiques et au coût matière intermédiaires. L'exposé débutera par un bref rappel des enjeux du projet et de une présentation de l'état de l'art. A partir de la caractérisation des nuances existantes, de nouvelles nuances ont été développées et obtenues via le plateau de fusion et coulée C3P du Cemef. Les essais menés sur ces nouvelles nuances ont mis en évidence la possibilité d'obtenir des soupapes mises en forme à froid. En parallèle, l'étude du procédé de mise en forme a permis de mettre en évidence les risques d'apparition de rupture, et d'étudier l'influence des paramètres du procédé sur les risques d'apparition de rupture. Une simulation à l'échelle micro a enfin permis de mettre en évidence la source de la rupture ductile.

Cette thèse s’intéresse à l’étude l’effet de la corrosion sur les propriétés mécaniques des armatures corrodées et les performances mécaniques résiduelles des poutres corrodées. L’étude est basée sur deux poutres corrodées notées B2CL2 et B2CL3, conservées respectivement 26 ans et 28 ans en ambiance saline. Deux poutres non corrodées B2T2 et B2T3 conservées en conditions ambiantes ont également été testés afin d’identifier l'effet de la corrosion indépendamment du vieillissement.Les propriétés mécaniques des armatures corrodées ont été étudiées par des essais de traction.La limite d'élasticité et résistance à la rupture ont été étudiées sur la base de la section transversale résiduelle évaluée par perte de masse. Les résultats ont montré que les effets de la corrosion sur la diminution ductilité étaient très importants. La forme de la section transversale résiduelle apparait comme étant un paramètre essentiel affectant la ductilité de l'armature.Les performances résiduelles en flexion des poutres corrodées ont été étudiées. Les résultats montrent que la corrosion réduit la capacité portante et de façon plus significative, la flèche maximale à rupture en raison d’un changement de mode de rupture. La diminution de la charge de plasticité apparait en relation avec la perte de section d’acier tendu due à la corrosion Des poutres de portées courtes ont été réalisées à partir des poutres corrodées après les essais de flexion. Les tests mécaniques ont été effectués en flexion pour vérifier la réponse des poutres courtes corrodées. Les poutres courtes corrodées ont péri en flexion avec une bonne ductilité tandis que les poutres courtes non corrodées ont péri comme prévu en cisaillement suivant un mode de rupture fragile, qui a montré que la corrosion de l'armature pouvait modifier les modes de défaillance.Les produits de corrosion ont été recueillis à partir de l'armature corrodée de B2Cl3. Des expériences XRD et TG ont été menées afin d'identifier la composition des produits de corrosion. Le coefficient d'expansion des produits de corrosion a été déduit, ce qui pourrait être utile pour les recherches futures concernant le mécanisme de fissuration du béton d'enrobage. / The thesis aims to study the influence of chloride corrosion on the mechanical properties ofthe reinforcement and RC beams. The experiments were based on two corroded beams named B2Cl2 and B2Cl3, with a corroded age of 26 years and 28 years respectively. Two noncorroded beams B2T2 and B2T3 which were cast in the same condition and same time were also tested in order to make clear the corrosion effect.The mechanical properties of the corroded reinforcement were investigated by the tensiontests. The yield strength and ultimate strength were studied based on the residual gravimetrical cross-section. The results found that the impact of corrosion on the ductility was more significant than that of the strength. The shape of residual cross-section was considered to be in deep relationships with the ductility of the reinforcement.The flexural performances of the beams were studied. The results showed that the corrosion deteriorated the capacity and the ductility of the corroded beams. The corrosion degree of reinforcement was found in linear with the residual yield capacity of the corroded beams.The short-span beams were formed from the corroded beams after bending tests. Mechanical tests were carried out directly to check the response of the corroded beams. The corroded short-span beams failed in bending mode with good ductility while the non-corroded beams performed a brittle shear failure mode, which showed that the corrosion of reinforcement could change the failure modes.The corrosion products were collected from the corroded reinforcement of B2Cl3. XRD andTG experiments were conducted so as to identify the composition of the corrosion products.The expansive coefficient of the corrosion products was deduced, which could be helpful forthe further research on the cracking mechanism of the concrete cover

Le titane et ses alliages qui sont largement répandus dans l'industrie aéronautique, sont concernés par le fluage à température ambiante ce qui conduit à une réduction de la résistance et provoque le phénomène de rupture différée. Une partie des études montrent que ce comportement viscoplastique inhabituel à température ambiante est lié aux phénomènes d'interactions entre les dislocations et les atomes interstitiels comme l'hydrogène et l'oxygène, aussi appelés vieillissement statique et dynamique. Le but de cette étude à la fois expérimentale et numérique multi-échelle est de mieux comprendre les effets souvent antagonistes et en partie couplés de l'oxygène et de l'hydrogène en solution sur le comportement viscoplastique du titane non-allié de phase alpha. Dans un premier volet, un scénario du vieillissement statique et dynamique dans le titane non-allié de phase alpha est proposé. La présence du pic de traction est attribuée à la ségrégation des atomes interstitiels d'oxygène sur les dislocations coin de vecteur de Burgers <c+a>. Dans le cas du vieillissement dynamique les instabilités observées, typiques de l'effet Portevin-Le Chatelier, sont associées à l'étalement du cœur non planaire des dislocations vis de vecteur de Burgers <a>. Une loi de comportement prenant en compte les effets liés aux interactions entre dislocations et atomes en solution a été développée. Le modèle de Kubin-Estrin-McCormick qui permet de prendre en compte l'effet du vieillissement a été étendu au cas de la plasticité cristalline. Les simulations par éléments finis ont été réalisées sur des agrégats polycristallins avec différents nombres de grains. Ensuite, les essais de fissuration (ténacité et rupture différée) ont été réalisés sur les matériaux bruts, et chargés en hydrogène. Enfin, des simulations numériques de la rupture de ces éprouvettes ont été réalisées pour toutes les conditions expérimentales testées en utilisant le modèle de comportement mécanique macroscopique identifié. Un modèle de zone cohésive a été développé pour la simulation de la propagation des fissures. / Widely used for aircraft or rocket engine manufacturing titanium and its alloys are prone to the room-temperature creep that leads to the phenomenon of sustained load subcritical crack growth. One of the major cause of such unusual viscoplastic behavior of titanium is the phenomena of static and dynamic strain aging which represents an interaction between dislocations and interstitial atoms of oxygen and hydrogen. The aim of the present experimental and numerical multiscale study is to investigate the influence of the interstitial hydrogen and oxygen on the viscoplastic behavior and the resistance to sustained load cracking in commercially pure titanium of phase alpha.In a first step, a scenario of static and dynamic strain aging was proposed. The presence of the stress peak was attributed to the segregation of interstitial atoms of oxygen on the edge <c+a> dislocations. In case of dynamic strain aging, the observed instabilities, typical for the Portevin-Le Chatelier effect, were associated with the non-planar core of screw <a>-type dislocations. The crystal plasticity was introduced into the phenomenological model in order to capture the strain aging phenomena and the anisotropy of the mechanical properties. The modeling approach for strain aging suggested by Kubin-Estrin-McCormick is based on the internal variable called the aging time which corresponds to the waiting time of a dislocation in a pinned state. Finite element simulations were then performed on the polycrystalline aggregates for different number of grains. At the next step, fracture toughness and sustained load cracking tests were performed on the material with different levels of hydrogen. Finally, numerical simulations of toughness and sustained load cracking tests using the identified viscoplastic model were carried out for all experimental conditions. A cohesive zone model was then introduced ahead of the crack tip to simulate crack propagation.

Abstract : Steel and fiber-reinforced-polymer (FRP) materials have different mechanical and physical characteristics. High corrosion resistance, high strength to weight ratio, non-conductivity, favorable fatigue enable the FRP to be considered as alternative reinforcement for structures in harsh environment. Meanwhile, FRP bars have low modulus of elasticity and linear-elastic stress-strain curve. These features raise concerns about the applicability of using such materials as reinforcement for structures prone to earthquakes. The main demand for the structural members in structures subjected to seismic loads is dissipating energy without strength loss which is known as ductility. In the rigid frames, columns are expected to be the primary elements of energy dissipation in structures subjected to seismic loads. The present study addresses the feasibility of reinforced-concrete columns totally reinforced with glass-fiber-reinforced-polymer (GFRP) bars achieving reasonable strength and the drift requirements specified in various codes. Eleven full-scale reinforced concrete columns—two reinforced with steel bars (as reference specimens) and nine totally reinforced with GFRP bars—were constructed and tested to failure. The columns were tested under quasi-static reversed cyclic lateral loading and simultaneously subjected to compression axial load. The columns are 400 mm square cross-section with a shear span 1650 mm. The specimen simulates a column with 3.7 m in height in a typical building with the point of contra-flexure located at the column mid-height. The tested parameters were the longitudinal reinforcement ratio (0.63, 0.95 and 2.14), the spacing of the transverse stirrups (80, 100, 150), tie configuration (C1, C2, C3 and C4), and axial load level (20%, 30% and 40%). The test results clearly show that properly designed and detailed GFRP-reinforced concrete columns could reach high deformation levels with no strength degradation. An acceptable level of energy dissipation compared with steel-reinforced concrete columns is provided by GFRP reinforced concrete columns. The dissipated energy of GFRP reinforced concrete columns was 75% and 70% of the counter steel columns at 2.5% and 4% drift ratio respectively. High drift capacity achieved by the columns up to 10% with no significant loss in strength. The high drift capacity and acceptable dissipated energy enable the GFRP columns to be part of the moment resisting frames in regions prone to seismic activities. The experimental ultimate drift ratios were compared with the estimated drift ratios using the confinement Equation in CSA S806-12. It was found from the comparison that the confinement Equation underestimates values of the drift ratios thus the experimental drift ratios were used to modify transverse FRP reinforcement area in CSA S806-12. The hysteretic behavior encouraged to propose a design procedure for the columns to be part of the moderate ductile and ductile moment resisting frames. The development of design guidelines, however, depends on determining the elastic and inelastic deformations and on assessing the force modification factor and equivalent plastic-hinge length for GFRP-reinforced concrete columns. The experimental results of the GFRP-reinforced columns were used to justify the design guideline, proving the accuracy of the proposed design equations. / L’acier et les matériaux à base de polymères renforcés de fibres (PRF) ont des caractéristiques physiques et mécaniques différentes. La résistance à la haute corrosion, le rapport résistance vs poids, la non-conductivité et la bonne résistance à la fatigue font des barres d’armature en PRF, un renforcement alternatif aux barres d’armature en acier, pour des structures dans des environnements agressifs. Cependant, les barres d’armature en PRF ont un bas module d’élasticité et une courbe contrainte-déformation sous forme linéaire. Ces caractéristiques soulèvent des problèmes d'applicabilité quant à l’utilisation de tels matériaux comme renforcement pour des structures situées en forte zone sismique. La principale exigence pour les éléments structuraux des structures soumises à des charges sismiques est la dissipation d'énergie sans perte de résistance connue sous le nom de ductilité. Dans les structures rigides de type cadre, on s'attend à ce que les colonnes soient les premiers éléments à dissiper l'énergie dans les structures soumises à ces charges. La présente étude traite de la faisabilité des colonnes en béton armé entièrement renforcées de barres d’armature en polymères renforcés de fibres de verre (PRFV), obtenant une résistance et un déplacement latéral raisonnable par rapport aux exigences spécifiées dans divers codes. Onze colonnes à grande échelle ont été fabriquées: deux colonnes renforcées de barres d'acier (comme spécimens de référence) et neuf colonnes renforcées entièrement de barres en PRFV. Les colonnes ont été testées jusqu’à la rupture sous une charge quasi-statique latérale cyclique inversée et soumises simultanément à une charge axiale de compression. Les colonnes ont une section carrée de 400 mm avec une portée de cisaillement de 1650 mm pour simuler une colonne de 3,7 m de hauteur dans un bâtiment typique avec le point d’inflexion situé à la mi-hauteur. Les paramètres testés sont : le taux d’armature longitudinal (0,63%, 0,95% et 2,14 %), l'espacement des étriers (80mm, 100mm, 150 mm), les différentes configurations (C1, C2, C3 et C4) et le niveau de charge axiale (20%, 30 % et 40%). Les résultats des essais montrent clairement que les colonnes en béton renforcées de PRFV et bien conçues peuvent atteindre des niveaux de déformation élevés sans réduction de résistance. Un niveau acceptable de dissipation d'énergie, par rapport aux colonnes en béton armé avec de l’armature en acier, est atteint par les colonnes en béton armé de PRFV. L'énergie dissipée des colonnes en béton armé de PRFV était respectivement de 75% et 70% des colonnes en acier à un rapport déplacement latéral de 2,5% et 4%. Un déplacement supérieur a été atteint par les colonnes en PRFV jusqu'à 10% sans perte significative de résistance. La capacité d’un déplacement supérieur et l’énergie dissipée acceptable permettent aux colonnes en PRFV de participer au moment résistant dans des régions sujettes à des activités sismiques. Les rapports des déplacements expérimentaux ultimes ont été comparés avec les rapports estimés en utilisant l’Équation de confinement du code CSA S806-12. À partir de la comparaison, il a été trouvé que l’Équation de confinement sous-estime les valeurs des rapports de déplacement, donc les rapports de déplacement expérimentaux étaient utilisés pour modifier la zone de renforcement transversal du code CSA S806-12. Le comportement hystérétique encourage à proposer une procédure de conception pour que les colonnes fassent partie des cadres rigides à ductilité modérée et résistant au moment. Cependant, l'élaboration de guides de conception dépend de la détermination des déformations élastiques et inélastiques et de l'évaluation du facteur de modification de la force sismique et de la longueur de la rotule plastique pour les colonnes en béton armé renforcées de PRFV. Les résultats expérimentaux des colonnes renforcées de PRFV étudiées ont été utilisés pour justifier la ligne directrice de conception, ce qui prouve l’efficacité des équations de conception proposées.

L’objectif de ce travail est de développer une modélisation prédictive du comportement et de la rupture ductile des matériaux métalliques à anisotropies initiales et induites par l’endommagement. La thermodynamique des processus irréversibles est utilisée comme cadre pour la formulation proposée. Le modèle de comportement est élastoplastique anisotrope avec écrouissage non linéaire isotrope et cinématique en grandes déformations plastiques, avec une théorie non associée à normalité associée, basée sur des normes de contraintes quadratiques. L’endommagement ductile anisotrope est décrit par un tenseur du second ordre symétrique dont l’évolution est décrites par des relations de type Lemaitre-Desmorat. Le couplage fort comportement-endommagement est réalisé dans le cadre de l’hypothèse de l’équivalence en énergie totale où l’effet de l’endommagement sur le comportement est introduit par un tenseur « effet d’endommagement » d’ordre quatre symétrique de type Murakami. Après une caractérisation expérimentale des mécanismes physiques de l’endommagement dans l’acier AISI 316L, le modèle de comportement avec endommagement a été identifié. Une fois discrétisé et implémenté dans le code de calcul de structures ABAQUS/Explicit®, une étude paramétrique et de nombreuses simulations numériques de l’endommagement anisotrope en mise en forme de quelques structures ont été réalisées et discutées en détail / The objective of this work is to develop a predictive modeling of behavior and ductile fracture of metallic materials with initial anisotropy and induced by the ductile anisotropic damage. Thermodynamics of irreversible processes is used as a framework for the proposed formulation. The model is anisotropic elastoplastic with non-linear isotropic and kinematic hardening under large plastic strains. It is formulated in the framework of the non-associative plasticity theory with associative normality rule and based on quadratic equivalent stress. The anisotropic ductile damage is described by a symmetric second-rank tensor whose evolution is described by Lemaitre /Desmorat type relationships. The strong damage-behavior coupling is done under the assumption of total energy equivalence where the effect of the anisotropic damage is introduced by a fourth-rank symmetric damage-effect tensor of Murakami kind.After an experimental characterization of the main physical mechanisms of anisotropic damage in stainless steel AISI 316L, the behavior model with damage has been identified. Once discretized and implemented in the computer code ABAQUS / Explicit ®, a parametric study and many numerical simulations of anisotropic damage in some metal forming processes have been carried out and discussed in detail