Les collecteurs d'échappement des véhicules automobiles sont des pièces sollicitées en fatigue thermique de manière prépondérante. Pour la fabrication de ces pièces, les aciers inoxydables viennent aujourd'hui concurrencer la fonte traditionnellement utilisée.<br />Afin de qualifier les différentes nuances de sa gamme vis-à-vis de cette application, la société Ugine & ALZ, fabricant d'aciers inoxydables, a développé un essai original de fatigue thermique. Si cet essai apparaît représentatif des sollicitations thermomécaniques subies par les collecteurs en zones critiques, différents mécanismes de ruine sont observés entre les nuances ferritiques et austénitiques.<br />Le sujet de la présente thèse concerne l'endommagement en fatigue thermique d'aciers inoxydables pour l'application automobile collecteur d'échappement. Deux aciers inoxydables sont étudiés: une nuance ferritique nommée F17TNb (17%Cr stabilisé Ti et Nb) et une nuance austénitique nommée R20-12 (20%Cr et 12%Ni).<br />Le premier objectif est de comprendre la différence d'endommagement apparaissant en fatigue thermique entre les nuances ferritiques et austénitiques. Le second objectif est de développer un outil de dimensionnement des structures sollicitées en fatigue thermique.

Afin de mieux comprendre les processus d’endommagement des roches sollicitées mécaniquement, nous avons mené une étude « micro-macro » de l’endommagement au sens où nous avons réalisé des mesures microscopiques et macroscopiques de son évolution durant un essai mécanique. Cette étude a ainsi comporté : - des mesures de modules élastiques avant la rupture macroscopique ; - des mesures de vitesses de propagation des ondes élastiques et d’atténuation ; - des mesures d’activité acoustique (événements d’EA). De cette étude expérimentale, se dégagent les résultats suivants : - Il existe une remarquable cohérence entre les trois types de mesures effectuées. - L’endommagement de roches aux comportements macroscopiques différents découle de micromécanismes eux aussi différents. Pour des roches dilatantes, on observe des micromécanismes en extension (Mode I). L’endommagement de roches non-dilatantes résulte de micromécanismes en cisaillement. - Une corrélation entre le contenu fréquentiel des événements d’EA et le type de micromécanismes est observée. Les micromécanismes en extension (Mode I) ont le contenu fréquentiel le plus élevé. Les micromécanismes en compression (fermeture de microfissures, de vides inter-granulaires) ont un contenu fréquentiel basse fréquence. Les micromécanismes de cisaillement ont un contenu fréquentiel intermédiaire aux deux précédents. / Our aim is here a better understanding of damage process of stressed rocks. We have therefore conducted a “micro-macro” study of the rock damage in the sense that we have realized microscopic and macroscopic measurements of its evolution during mechanical tests. This study has consisted of : - measurements of elastic modulus before the macroscopic rupture ; - measurements of the velocity of elastic waves and attenuation ; - measurements of acoustic activity (AE events). This study led to the following results : - Results from the three types of measurements are consistent. - Damage of rocks which have different macroscopic behaviours follows from micro-mechanisms which are also different. For dilative rocks, we observe tensile micro-mechanisms (Mode I). For not dilative rocks, damage results from shear microscopic process. - A correlation between micro-mechanisms type (compressive, tensile, shear) and the frequency of AE events is observed. Compressive microscopic process such as microcrack closure ar low frequency. Tensile AE sources are high frequency. Shear micromechanisms are characterized by intermédiate frequency

Pour déterminer les lois de comportement et les paramètres mécaniques des matériaux composites, des éprouvettes sont couramment fabriquées par fraisage. Ces opérations de coupe par enlèvement de matière génèrent des efforts et des gradients de température importants, d'où risques d'endommagements au niveau des surfaces usinées. Le but de cette étude est d'évaluer expérimentalement l'interdépendance qui peut exister entre la préparation d'éprouvettes en composites par usinage et leurs performances mécaniques. Quatre matériaux composites à matrice polymère renforcés de fibres sont étudiés dans trois types d'essais mécaniques. Les dommages inhérents à la coupe sont qualifiés suivant les orientations des fibres et les configurations d'attaque de l'outil. Le traitement statistique des résultats expérimentaux permet de dégager les paramètres de coupe significativement influents, d'abord sur les dommages créés, puis sur les performances mécaniques. Deux critères d'endommagement sont définis pour caractériser les pertes des performances mécaniques en fonction des configurations d'usinage. Une recommandation de préparation des éprouvettes guide la détermination des conditions de coupe des éprouvettes d'essais en composites à matrice époxyde renforcés de fibres.

Ces travaux ont pour objectif de proposer une réparation de mise en œuvre simple et adaptée au défaut sur matériaux composites de type « impact faible énergie » très courant au sein des structures aéronautiques. Une méthode d'infiltration de résine dans le dommage est proposée. Après une étude analytique du principe, un banc d'essai a été réalisé pour valider la capacité d'infiltration évaluée notamment par CND. Dans un deuxième temps, une démarche globale (numérique et expérimentale) de validation mécanique des réparations composites est mise en place. Des essais classiques et plus originaux sont proposés pour l'analyse de la ténacité de l'interface réparée à l'échelle du matériau (DCB, ENF, Traction rainurée) puis à une échelle représentative de structure (CAI, re-poinçonnement).

Les exigences sécuritaires dans le domaine automobile incitent à une connaissance toujours plus approfondie du comportement et de la rupture des polymères utilisés en tant que pièces de structure de l'habitacle. Nous étudions deux polypropylènes couramment utilisés dans ce domaine dans le but de dégager les processus physiques responsables de leur tenue mécanique en vue de la construction d'une loi de comportement pertinente. La caractérisation mécanique de la réponse de ces polymères sous divers types de sollicitations simples et complexes s'appuie sur une méthodologie expérimentale originale et performante alliant des techniques de mesure de champs de déformations et de température.Le comportement des deux polypropylènes en grandes déformations implique plusieurs processus dissipatifs. Un phénomène d'autoéchauffement a ainsi été mis en évidence. Ses conséquences sur les propriétés mécaniques des matériaux sont significatives. Nous avons également observé le développement d'un endommagement se manifestant par la nucléation et la croissance de cavités. Une variable scalaire lui a été associé et mesuré au cours d'un chargement cyclique. L'analyse de ces résultats permet de souligner que la plasticité nos polymères implique une dépendance à la vitesse des propriétés mécaniques ainsi qu'une sensibilité à la pression hydrostatique.L'ensemble de ces observations permet de poser les bases d'une modélisation thermodynamique du comportement et de l'endommagement de cette classe de polymères. L'apport de cette approche a été démontré par la confrontation des résultats expérimentaux à la simulation numérique de la réponse de nos matériaux sous différents modes de chargement.

Les fibres thermoplastiques à hautes performances polyester et polyamide trouvent aujourd'hui des<br />applications dans des domaines de plus en plus variées du textile technique : le renforcement de structure, les<br />cordages, le géotextile... Les différents usages présentent des conditions mécaniques, thermiques et<br />environnementales de plus en plus sévères. Au cours de ce travail, nous avons exploré différentes sollicitations<br />mécaniques en particulier la fatigue et différentes températures dans une gamme de 20°C à 180°C comprenant la température de transition vitreuse.<br />Cette étude est construite autour d'essais mécaniques sur fibre unitaire d'un diamètre de 18 à 27μm en<br />traction, fluage et fatigue et des essais de fatigue sur mèche de fibres. La compréhension des mécanismes<br />microstructuraux est passée par l'utilisation de nombreuses techniques d'observation (MEB, microscopie<br />optique, coupe microtome), d'analyse de la microstructure (diffraction des rayons X aux grands angles et aux petits angles) et de caractérisation thermomécanique (DSC, DMTA). <br />Le couplage des essais de fatigue et des observations aux différentes échelles a mis en évidence une<br />évolution de l'organisation globale avec une meilleure orientation de la structure. Parallèlement, à cette<br />amélioration paradoxale des propriétés, un endommagement local critique apparaît sous forme d'une fissure de fatigue caractéristique. Les paramètres mécaniques, et en particulier, la contrainte minimale du cycle ont été étudiés en corrélation avec les mécanismes de dissipation d'énergie observés lors de la sollicitation cyclique. Ce travail a aussi été l'occasion de déterminer des paramètres matériaux pertinents justifiant la localisation de la fissuration tels que les inclusions solides et la structure coeur / peau.<br />La sollicitation cyclique au dessus de la température de transition vitreuse a fait apparaître un nouveau mode de fissuration en fatigue conduisant à un faciès original. Cette morphologie de rupture très particulière <br />observée sur des monofilaments correspond à la morphologie souvent observée sur des fibres extraites de structures complexes soumises à des sollicitations cycliques.

Le transport off-shore du pétrole nécessite l'utilisation de canalisations appelées pipelines. Ces conduites flexibles sont constituées d'une carcasse métallique interne qui assure la tenue mécanique et d'une gaine de pression en PVDF qui garantit l'étanchéité. L'étude est menée afin d'analyser les conditions pouvant conduire à des risques de rupture fragile dans le polymère. Le grade de PVDF choisi est différent du matériau industriel car il ne possède pas de plastifiant. Ce choix a conduit à une extrusion plus difficile et à la formation d'un taux de porosité anormalement élevé (environ 10%). L'étude mécanique du PVDF a été réalisée sur différentes géométries d'éprouvettes afin de montrer l'influence de la sévérité d'un défaut sur le mode d'endommagement et de rupture. Au cours de la déformation, le matériau est caractérisé par un blanchiment marqué, lié à un endommagement par cavitation et à l'étirement de la matière. La rupture ductile du PVDF est favorisée par les températures élevées, les faibles vitesses, les taux de triaxialité faibles et les chargements en flexion. La rupture fragile est en général obtenue pour les températures basses (T

Le vieillissement de la population des pays industrialisés s'accentuant, des pathologies liées à l'âge telles que l'ostéoporose, posent des problèmes majeurs de santé publique. Les praticiens et les autorités de santé publique sont à la recherche d'outils de diagnostic et de dépistage du risque fracturaire. La mesure de la densité minérale osseuse (DMO) par DXA fait actuellement référence dans l'évaluation du risque fracturaire de l'extrémité supérieure du fémur, mais cette technique a toutefois des limites: il existe un chevauchement des valeurs de DMO entre les sujets fracturés et les sujets non fracturés. Par ailleurs, plusieurs études cliniques ont montré que des paramètres macro-architecturaux étaient des facteurs déterminants de la solidité osseuse, mais ces mesures étant bidimensionnelles, elles sont dépendantes des biais de projection 2D. L'objectif de notre étude est de mettre au point un outil permettant d'associer mesures DMO et géométrie 3D afin de prédire d'une meilleure manière le risque fracturaire. Pour ce faire, nous nous sommes basés sur un système de stéréoradiographie basse dose (le système EOS

Ce travail de thèse est consacré à l’étude de la dissipation mécanique produite par des alliages à mémoire de forme Cu-Zn-Al lors d'un chargement mécanique cyclique, ainsi qu'à l’influence de la composition chimique sur cette grandeur. Divers alliages ont été élaborés dans ce but, chacun présentant une faible variation de composition par rapport à l’autre. Une procédure expérimentale originale a été mise au point pour mesurer cette dissipation mécanique car elle se traduit par une source de chaleur très inférieure à celles dues à d’autres phénomènes comme la chaleur latente de changement de phase ou le couplage thermoélastique. Les éprouvettes ont ainsi été soumises à divers essais cycliques à température ambiante constante alors qu’une caméra infrarouge filmait les champs thermiques sur leur surface. Ces films thermiques ont ensuite été traités pour en extraire cette dissipation mécanique. Divers niveaux de dissipation correspondant à divers niveaux d’irréversibilité mécanique ont ainsi été mis en évidence. / The study deals with the mechanical dissipation in Cu-Zn-Al shape memory alloys subjected to cyclic mechanical loading, as well as with the influence of the chemical composition on this dissipation. Various alloys were prepared for this purpose, each of them featuring a slight change with respect to the others. An original procedure has been proposed to measure mechanical dissipation because it is very low compared to other heat sources such as latent heat or thermoelastic coupling. The specimens have been subjected to cyclic tests at constant ambient temperature while an infrared camera grabbed the thermal images. These thermal maps have been then processed to extract mechanical dissipation. Various levels have been found, corresponding to various levels of mechanical irreversibilities.

L'objectif de cette thèse est d’étudier l'influence du fluage sur les propriétés mécaniques résiduelle du béton. En effet, les sections des éléments d’une structure précontrainte sont majoritairement soumise à une contrainte de compression. En raison de la relaxation des contraintes (due au fluage du béton notamment) et de la charge appliquée, des contraintes de traction peuvent apparaitre au cours de la vie de l’ouvrage. Ainsi, il est nécessaire de connaître la valeur des propriétés mécaniques résiduelles après l'effet de fluage.Le travail se concentre sur le fluage propre (sans échange hydrique avec le milieu environnant) et il comprend une partie expérimentale et une partie numérique. Dans la partie expérimentale, des essais de fluage en compression et en traction indirect (essai Brésilien) ont été effectués sur le béton en utilisant différents niveaux de chargement appliqué à différents âges du béton. A la fin de chaque essai de fluage, un essai quasi statique a été réalisé sur le même béton pour déterminer l'effet du fluage sur les propriétés mécaniques résiduelles. Afin de vérifier l'effet d’une précharge en compression sur la résistance en traction, comme dans le cas d’une structure précontrainte vieillissante ou soumise à un chargement accidentelle, une campagne d’essai Bresilien avec un préchargement quasi statique en compression a également été réalisée. Les résultats montrent que le comportement après fluage dépend fortement de l’âge de chargement et du sens de sollicitation. Numériquement, un modèle mésoscopiques a été utilisé pour simuler le fluage et les propriétés mécaniques après fluage. En effet, sous un chargement constant seule la pâte de ciment flue tandis que les agrégats agissent comme un obstacle à ce fluage. Par conséquent, les contraintes de traction se produisent à l'interface pâte de ciment/agrégats conduisant à microfissures dans cette zone Les déformations viscoélastique sont correctement reproduite à différents niveaux de chargement mais la modification du comportement résiduel du béton ne peut pas être uniquement expliqué par la micro-fissuration / The aim of this study is to evaluate the effect of creep on the concrete mechanical properties evolution. In prestress structures, in the first concrete is completely subjected to compressive stresses. With time, due to relaxation of the prestressed cables and applied load, some tensile stresses may take place in the concrete. So, it is necessary to know the value of the residual mechanical properties after creep effect.The work which concerns only with basic creep (where there is no drying), includes an experimental part and a numerical part. In the experimental part, compressive and tensile (Brazilian) creep tests were carried out on the concrete using different loading levels that applied at different ages of concrete.At the end of each creep test a strength test was carried out on the same concrete for determining the creep effect on the residual mechanical properties. To evaluate the effect of quasi-instantaneous loading in compression and then in tension, some preloading compressive tests were carried out. These tests were accomplished especially to distinguish the effect of quasi-instantaneous effect from that of creep. A quasi-instantaneous compressive test was achieved until a given level and then a Brazilian strength test was carried out to evaluate the effect of compressive preloading on the tensile strength.Numerically, a mesoscopic model was developed for simulating creep and mechanical properties after creep had taken place. The reason for which this mesoscopic technique was used is related to the fact that under the considered loading level of concrete, only the cement paste creeps while the aggregate act as an obstacle to this creep. As a result, tensile stresses arise at cement past-aggregate interface leading to micro cracks at this zone. With this technique, creep strain can generate some damage at mesoscale without any coupling between creep and damage as in sence phenomenological models.