Dans ce travail, nous nous sommes intéressés à la tenue en fatigue des structures sandwich. Toutefois, la faible connaissance de leurs modes de rupture et de leur comportement en fatigue a freiné leur développement. La littérature rapporte des résultats de fatigue basés sur des normes d’essais que nous avons jugés utile d’approfondir. Dans un premier temps, nous avons proposé une approche d’un essai de fatigue classique sur poutre sandwich en éliminant la concentration de contrainte. Ainsi, une nouvelle géométrie a été proposée afin de limiter la concentration des contraintes aux bords. Ceci a permis de mieux caractériser le matériau sandwich. Nous avons découvrit que la durée de vie issue de la norme est 2 fois moins importante que celle issue de la nouvelle géométrie. Dans un deuxième temps, nous avons développé un modèle d’auto-échauffement basé sur l’approche généralisé de Maxwell afin de simuler le comportement viscoélastique de la mousse en fatigue en traction et en flexion 4 points. Les résultats numériques corrèlent avec les résultats expérimentaux. Ce modèle numérique viscoélastique développé permet d’expliquer les phénomènes physiques qui ne sont pas triviales expérimentalement. Ce travail a procuré une nouvelle méthodologie d’essai permettant de caractériser les matériaux sandwich en plus grande conformité avec les sollicitations rencontrées durant leur mise en service. / Sandwich structures are widely used in marines and aeronautic constructions. In this work, the fatigue behaviour of composites sandwich structures is apprehended. However, little knowledge of their failure modes and their fatigue behaviour has slow their development. The literature reports results of fatigue tests based on standard that is considered to be reviewed. In the first part of this document, a first approach of a classic fatigue test on a sandwich beam is proposed with reducing edge effects. This allows to better characterise the structure. Results shows that the fatigue lifetime issued from the standard geometry is twice less than the fatigue lifetime of the developed geometry. In the second part of this work, a self-heating modelling is developed based on the generalized Maxwell approach in order to simulate the viscoelastic behaviour of a PVC foam material in tensile and 4 point bending fatigue test. The numerical results correlate with the experimental results. This viscoelastic model allow to analyse physic phenomenon that are not easily found experimentally.

La conception et le dimensionnement des structures stratifiées sont aujourd'hui globalement maîtrisés grâce à la théorie classique des stratifiés. Cependant, les problèmes de délaminage près des bords libres et des jonctions posent encore de nombreuses difficultés. En effet, dans ces zones, la discontinuité des propriétés mécaniques entre les plis d'orientation différente engendre des contraintes tridimensionnelles aux interfaces interlaminaires.L'objectif de ce travail est d'étudier expérimentalement les effets de bords et de mettre en évidence les paramètres susceptibles de les influencer. Pour cela la démarche a consisté à définir un protocole de mesure par corrélation d'images des champs cinématiques, à l'échelle des plis (échelle mésoscopique), sur le bord libre d'éprouvettes stratifiées sollicitées en traction.Trois matériaux de propriétés mécaniques et de microstructures différentes ont été étudiés ainsi que deux géométries d'éprouvettes : planes et avec sauts de plis. Des calculs par éléments finis ont permis de choisir la séquence [(15/-15)2]s pour laquelle les effets de bords sont les plus importants.Cette étude a permis de montrer l'existence de gradients de déplacements et de pics de déformations de cisaillement au voisinage des interfaces interlaminaires dont l'intensité dépend des gradients de propriétés mécaniques, de l'épaisseur de l'interface interlaminaire, et de la présence d'une discontinuité géométrique. D'autre part, les observations montrent l'apparition de fissures aux interfaces fibre / matrice à l'échelle microscopique le long des interfaces interlaminaires qui se traduisent à l'échelle mésoscopique par une évolution non linéaire du cisaillement

Dans le domaine du calcul de structure, l'augmentation de la puissance des ordinateurs permet aujourd'hui de traiter des structures complexes avec des modèles de plus en plus fins.<br />Néanmoins, pour des structures hétérogènes ou minces, des modèles tridimensionnels détaillés conduisent à des temps de réalisation du maillage importants, et à une analyse des résultats très difficile compte tenu du volume d'informations à traiter.<br />Il est donc nécessaire de construire des modèles simplifiés de ces structures, en exploitant l'existence d'un ou plusieurs petits paramètres, traduisant la finesse des hétérogénéités et la minceur de la structure. Pour ce faire, des méthodes très diverses sont proposées dans la littérature. Dans ce travail, c'est principalement la méthode des développements asymptotiques qui est utilisée.<br />Pour des structures à hétérogénéité périodique, cette méthode permet de déterminer une structure homogène équivalente, à partir de laquelle on pourra obtenir une approximation de la solution du problème hétérogène. Il s'agit donc d'un processus d'homogénéisation, puisque les hétérogénéités sont lissées. <br />Dans le cas des structures minces, l'objectif est de construire, à partir d'une formulation 3D initiale, des modèles approchés mono- ou bidimensionnels. <br />Dans une première partie de ce mémoire, intitulée "Modèles Homogénéisés du 1er ordre", un premier niveau d'application des méthodes d'homogénéisation est présenté. L'objectif est simplement l'obtention du comportement macroscopique du matériau, ou de la structure mince périodique.<br />Au chapitre 1, la modélisation d'un joint de culasse est exposée. Le joint présente une périodicité de ses constituants dans le plan. Or, sur le moteur, du fait du serrage entre le bloc et la culasse, une modélisation tridimensionnelle du joint est nécessaire. Il s'agit là d'une source de difficultés car on n'a pas périodicité dans les 3 directions de l'espace. Ceci conduit à développer de méthodes spécifiques, dans le cadre de la méthode des moyennes. Dans ce même chapitre, figure également un travail sur la modélisation du comportement élastoplastique d'un constituant du joint.<br />Le chapitre 2 est consacré à l'étude des structures minces périodiques. Comme indiqué auparavant, ces structures se caractérisent par l'existence de deux petits paramètres. Ceci donne lieu à plusieurs méthodes d'homogénéisation, selon l'ordre dans lequel on fait tendre vers 0 ces deux petits paramètres. Cependant, le domaine de validité de ces méthodes n'est pas très bien défini, et d'une manière générale, très peu d'applications ont été traitées, notamment à l'aide de méthodes numériques. Une synthèse de ces différentes méthodes est présentée, avec des applications à différents exemples de poutres, plaques et coques périodiques. Toutes ces méthodes rentrent dans le cadre de la méthode des développements asymptotiques.<br />Au chapitre 3, le cas des milieux poreux est étudié. En effet, les plaques périodiques que nous avons étudiées au chapitre 2 sont très peu denses, et il est intéressant de les aborder en tant que structures discrètes, où de nombreux travaux existent sur les méthodes d'équivalence. Ces méthodes sont comparées à celles utilisées au chapitre 2. D'autre part, une méthode numérique pour le calcul des caractéristiques équivalentes de ces milieux est proposée, avec une application aux matériaux cellulaires.<br />Dans la deuxième partie de ce mémoire, intitulée "Modèles homogénéisés d'ordre supérieur et effets de bords", il s'agit de dépasser le stade de la détermination du comportement macroscopique Notre objectif est en effet d'étudier quelles sont les erreurs induites par l'utilisation d'un milieu homogène équivalent dans un problème aux limites, en substitution du milieu hétérogène 3D d'origine, et comment faire pour les diminuer.<br />Au chapitre 4, pour une poutre périodique, un modèle asymptotique d'ordre supérieur est construit, en déterminant formellement l'expression des termes du développement asymptotique à un ordre quelconque. Les aspects pratiques de mise en oeuvre de la méthode sont également abordés, et une approche pour calculer la série complète à partir de la résolution d'un seul problème macroscopique est présentée.<br />Pour que le modèle macroscopique d'ordre supérieur soit plus précis que le modèle du 1er ordre, il faut travailler avec une approximation cohérente des équations différentielles et des conditions aux limites. Ceci nous amène à étudier les effets de bords, qui résultent de l'incompatibilité entre la solution asymptotique et les conditions aux limites appliquées à la structure 3D hétérogène. Une approche pour les prendre en compte est exposée au chapitre 5.<br />Des exemples d'application sont ensuite présentés au chapitre 6, où la solution issue du modèle asymptotique d'ordre supérieur avec prise en compte des effets de bords est comparée à la solution du modèle fin tridimensionnel hétérogène. L'efficacité de la méthode proposée est ainsi démontrée.<br />En plus de ces deux parties, on présente au chapitre 7 les développements numériques utilisés dans les différentes parties du mémoire. Ce chapitre comprend également l'exposé d'une méthode de calcul originale pour la résolution des problèmes à l'échelle microscopique.<br />Enfin, le chapitre 8 concerne un travail en cours sur la modélisation des câbles synthétiques.

La conception et le dimensionnement des structures stratifiées sont aujourd’hui globalement maîtrisés grâce à la théorie classique des stratifiés. Cependant, les problèmes de délaminage près des bords libres et des jonctions posent encore de nombreuses difficultés. En effet, dans ces zones, la discontinuité des propriétés mécaniques entre les plis d’orientation différente engendre des contraintes tridimensionnelles aux interfaces interlaminaires.L’objectif de ce travail est d’étudier expérimentalement les effets de bords et de mettre en évidence les paramètres susceptibles de les influencer. Pour cela la démarche a consisté à définir un protocole de mesure par corrélation d’images des champs cinématiques, à l’échelle des plis (échelle mésoscopique), sur le bord libre d’éprouvettes stratifiées sollicitées en traction.Trois matériaux de propriétés mécaniques et de microstructures différentes ont été étudiés ainsi que deux géométries d’éprouvettes : planes et avec sauts de plis. Des calculs par éléments finis ont permis de choisir la séquence [(15/-15)2]s pour laquelle les effets de bords sont les plus importants.Cette étude a permis de montrer l’existence de gradients de déplacements et de pics de déformations de cisaillement au voisinage des interfaces interlaminaires dont l’intensité dépend des gradients de propriétés mécaniques, de l’épaisseur de l’interface interlaminaire, et de la présence d’une discontinuité géométrique. D’autre part, les observations montrent l’apparition de fissures aux interfaces fibre / matrice à l’échelle microscopique le long des interfaces interlaminaires qui se traduisent à l’échelle mésoscopique par une évolution non linéaire du cisaillement / The use of composite materials has become more and more widespread in many industrial applications. Thanks to Classical Laminates Theory, design of composite structures is today globally well mastered. However, local effects, such as delamination near free edges or junctions, remain a problem. Indeed, mismatches between elastic properties of adjacent plies induce strong three-dimensional interlaminar stresses in the vicinity of free edges and interlaminar interfaces.The aim of this work is to experimentally study these edge effects and to highlight the parameters which could influence them. The approach has consisted in measuring the mechanical fields by Digital Image Correlation at ply scale (mesoscopic scale) on free edges of laminated samples under tensile loading.Three different materials, with different mechanical properties and microstructures have been studied as well as two sample geometries: plane samples and with ply drops. Finite element calculations allowed choosing the stacking sequence [(15/-15)2]s to be studied for experimental tests in which the edge effects are the most important and measurable.The results highlight the presence of displacements gradients and shear strain concentrations near free edges and interlaminar interfaces which depends on the inter-plies gradient of mechanical properties, width of interlaminar interfaces, and presence of a geometrical discontinuity. Moreover, observations at the microscopic scale show the presence of fissures at fiber / matrix interfaces which induce a non-linear shear behavior at mesoscopic scale

Les lanceurs spatiaux sont des structures complexes associant une multitude de composants. L’assemblage de ces éléments doit répondre à un niveau de performance élevé. Le collage structural demeure un bon candidat en raison des nombreux avantages qu’il présente. Cependant, cette technologie montre des inconvénients. En raison des changements brusques de géométrie et de propriétés matériaux, des concentrations de contraintes apparaissent aux extrémités du joint de colle. Ce phénomène appelé effets de bords est néfaste pour la tenue mécanique de l’assemblage collé. La présence des effets de bords exclut l’utilisation de critères en contrainte utilisés classiquement. Le dimensionnement d’assemblages collés requiert des outils fiables prenant en compte ces effets de bords. Dans cette étude, un modèle de ruine incrémentale, associant une approche en contrainte et en énergie, est utilisé. L’utilisation de cet outil dans un cadre industriel, impose de répondre aux besoins d’un Bureau d’Études, notamment en termes de coût de calculs. Afin de le diminuer, une implémentation semi-analytique, est tout d’abord développée. Puis, une seconde méthode d’implémentation, basée sur la méthode des Eléments Finis, permet une prévision plus précise de la ruine d’un assemblage. La pertinence de ces deux approches a été vérifiée pour plusieurs configurations de joints collés. Des campagnes d’essais, destinées à confronter les résultats expérimentaux aux prévisions numériques, ont été réalisées. Dans le cadre de ce travail, un montage de collage et d’essai pour assemblages tubulaires a en particulier été développé. L’objectif du pré-dimensionnement est d’identifier une zone d’intérêt dans l’ensemble du domaine d’étude. Aussi, une étude paramétrique peut être requise afin de réaliser cette tâche. Afin de réduire le coût de calcul, une méthode d’interpolation spatiale appelée Krigeage a été mise en œuvre, et permet la construction efficace d’une surface de réponse. / Space Launchers are complex structures composed of a large number of elements. The assembling of these components must show a high level of reliability. The use of adhesive bonding technology is an interesting solution since it presentsseveral assets compared to “classical” joint techniques (such as riveting, bolting and welding), mainly because it can help to construct lighter and less energy consuming systems However„ the implementation of adhesives also has somedrawbacks. Due to the strong variations of geometrical and material properties, stress concentrations appear at the extremities of the joint. This phenomenon; called edge effects; has a great influence on the failure of the bond. As a result, the simple use of a classical stress or energetic criteria is not appropriate to predict the fracture of such structures. Therefore, it is obvious that the design of bonded assemblies requires reliable tools to take the edge effects into account. In this work an incremental failure model, which combines the stress and energetic criteria, is used. In order to decrease the computational cost, a semi-analytical application of this model is proposed. This is intended to make the approach more interesting to be implemented in an industrial environment. The accuracy of the prediction of the failure load is enhanced by means of the Finite Element method. The reliability of both the semi-analytical and Finite Element approaches is verified by comparing the model predictions with experimental data issued from double-notched Arcan and tubular specimen geometries. The aim of the pre-design phase is to identify the critical area in the whole range of the application of the studied geometry. Therefore, the realization of a parametric study is required in order to build a response surface. In the present study, this has been achieved by means of spatial interpolation using the Kriging model.

La Nouvelle-Calédonie qui présente une biodiversité à la fois exceptionnelle et très menacée, fait partie des points chauds de biodiversités définis à l'échelle globale comme zones prioritaires pour la conservation. Les incendies, d'origines anthropiques et constituant l'une des principales menaces pesant sur les écosystèmes naturels néo-calédoniens, conduisent à un recul des forêts denses humides (forêts par la suite) principalement au profit des savanes sur substrats volcano-sedimentaires. Au cours de cette thèse, les processus écologiques mis en jeu dans les dynamiques des forêts et des savanes, liés aux variations du régime d'incendie, ont été étudiés à différentes échelles spatiales et temporelles. L'analyse de la distribution spatio-temporelle des forêts et des savanes à l'échelle du paysage a mis en évidence différents facteurs dirigeant la dynamique paysagères et identifié des zones de recolonisation forestière. Différents modèles de succession secondaire et cortèges d'espèces pionnières ont été identifiés à partir de l'analyse de ces zones de recolonisation. La mesure de traits fonctionnels et l'utilisation de modèles semi-physiques de dommages causés par les incendies ont révélé une faible tolérance aux incendies de ces espèces. Enfin, une analyse multivariée de la structure, de la composition floristique et des conditions micro-climatiques des zones clés de transitions entre la savane et la forêt a permis de mieux comprendre les processus d'expansion et de contraction forestière. / New Caledonia, which presents both an exceptional and highly endangered biodiversity, is one of the worldwide biodiversity hotspots for conservation priority. Human-induced fires, which are one of the main threats to natural ecosystems in New Caledonia, lead to the expansion of savannas on volcano-sedimentary substrates at the expense of rainforests. In this thesis, the ecological processes, which are involved in the dynamics of rainforests and savannas and related to changes in fire regime, have been studied at different spatial and temporal scales. The analysis of the spatio-temporal distribution of rainforests and savannas across the landscape allowed us to both point-out the different drivers of their dynamics and to identify areas of rainforest recolonization. Different secondary succession patterns and pioneer species assemblages were identified from the analysis of these areas of recolonization. The analysis of measured functional traits and the use of semi-physical models of fire-caused damages highlighted the low tolerance of these pioneer species to fire. Finally, a multivariate analysis of the structure, the floristic composition and the micro-climatic conditions of transitional zones between savanna and rainforest, has allowed us to better understand the processes of rainforest's expansion and contraction. This thesis opens a new field of research in New Caledonia with important implications in rainforest's restoration and sustainable management.

Notre objectif est d’améliorer la compréhension du phénomène d’anisotropie d’échange dans les nanoplots en comparaison aux films continus et d’étudier les effets du désordre magnétique à l’interface dans la couche AF sur les propriétés d’anisotropie d’échange. Dans un premier temps, nous avons utilisé un modèle granulaire qui prend en compte les phases magnétiques désordonnées à l’interface F/AF et nous modélisé ces phases par la présence de grains moins stables à l’interface dans la couche AF. De plus, dans le cas des nanoplots, nous avons pris en compte des grains moins stables localisés sur les bords de la couche AF pour reproduire les effets dus à la méthode de fabrication. Nous avons trouvé qu’il existe deux mécanismes de retournement de la couche F en dépendant de la valeur du couplage ferromagnétique. Si le couplage ferromagnétique faible, le retournement de la couche F s’amorce sur plusieurs centres de nucléation et s’effectue sans propagation. Alors que si le couplage ferromagnétique fort, le retournement de la couche F s’amorce en un seul centre de nucléation situé à un coin du nanoplot puis se propage à partir de ce coin. Ensuite notre modèle a permis d’expliquer les principales caractéristiques des comportements observés expérimentalement dans les bicouches Co/IrMn et NiFe/IrMn (pour différentes tailles latérales), à différentes températures de mesure et pour différentes épaisseurs de la couche AF. Plus précisément, les valeurs du champ d’échange simulé dans les films continus, à température ambiante, sont plus grandes que dans les nanoplots pour les faibles épaisseurs de la couche IrMn alors que c’est le contraire lorsque cette épaisseur augmente. Dans un deuxième temps, Nous avons utilisé un modèle atomique qui prend en compte la frustration magnétique dans la couche AF et la présence de défauts structuraux tels que les joints de grains et l’interdiffusion. Nous avons trouvé que l’effet combiné de la frustration, des joints de grains et de la surface induit des configurations magnétiques non colinéaires complexes (présence de domaines magnétiques) dans la couche AF à l’interface. Nos résultats montrent que la non-colinéarité des moments AF à l’interface diminue le couplage effectif à l’interface F/AF et diminue la constante d’anisotropie effective de la couche AF. Nos résultats montrent également que la présence de joints de grains lorsqu’il y a de la frustration renforce la stabilité de la couche AF à 0K alors qu’elle la diminue à température non nulle. Enfin, nous avons trouvé que l’interdiffusion diminue fortement le champ d’échange et rend la couche AF plus stable, ce qui correspond à une diminution du couplage effectif à l’interface. Il est important de noter que les valeurs du champ d’échange simulé sont dans ce cas réalistes, ce qui met en évidence que l’interdiffusion est probablement un des facteurs essentiels pour lesquels les champs d’échange mesurés expérimentalement sont nettement plus faibles que ceux prévus par les modèles simples. / Our goal is to improve the comprehension of the exchange bias (EB) in nanodots in comparison with the continuous films and to study the effects of the interfacial magnetic disorder on the EB properties. Firstly, we use a granular model which considers disordered interfacial phases by considering less stable magnetic grains at the interface in the antiferromagnetic (AF) layer. We further model the effect of the nanofabrication process by considering less stable magnetic grains at the edges, due to grain cutting. Our results evidence two different mechanisms of the ferromagnetic (F) layer reversal depending on the magnitude of the coupling between F grains. In the weak coupling regime relative to the anisotropy, the exchange field is independent of the coupling. By contrast, in the strong coupling regime, the exchange field depends on the coupling. Our model also well explain some experimental features observed in NiFe/IrMn and Co/IrMn nanodots (for various lateral sizes) and continuous films, at various measurement temperatures and various AF thicknesses. More precisely, the simulated values of the exchange field in the continuous films, at room temperature, are larger than in the nanodots for small values of the AF thicknesses. However, it is the opposite when this thickness increases. Secondly, we use an atomic model which considers the magnetic frustration inside the AF layer and the presence of structural defects such as grain boundaries and interdiffusion. We found that the combination effect of grain boundaries, frustration and surface can result in complex magnetic configurations in the AF layer at the interface (magnetic domains). Our results show that the non-collinearity of the AF moments at the interface decreases the effective coupling at the interface and decreases the effective anisotropy constant of the AF layer. Our findings indicate that combination effect of grain boundaries and frustration make the AF layer more stable at 0 Kelvin and less stable at non-zero temperature. Our results show that the interdiffusion decrease the simulated values of the exchange field and make the AF more stable which corresponds to a decrease of the effective coupling at the interface. It is important to note that the simulated values of the exchange field are realistic values, which highlights that the interdiffusion is probably one of the essential factors which can give simulated values close to the experimental values.