Certaines applications industrielles nécessitent des niveaux d’étanchéité exceptionnels pour permettre la réalisation d’un vide poussé ou pour répondre à des enjeux de sécurité radiologique par exemple. Ces niveaux de haute étanchéité statique sur des assemblages démontables sont obtenus à l’aide de joints entièrement métalliques. La fuite résultante de l’assemblage n’est due qu’à la persistance d’un champ des ouvertures à l’interface entre le joint d’étanchéité et la bride d’assemblage, conséquence d’un contact imparfait entre les deux surfaces rugueuses. Le champ des ouvertures à l’interface de contact est assimilable à une fracture rugueuse hétérogène, de nature multi-échelle, et peut en principe être obtenu par un calcul de déformations mécaniques préalable. Dans ce travail, on s’intéressera plus particulièrement à l’écoulement gazeux raréfié dans le régime glissant au sein de cette fracture. Pour les régimes modérément raréfiés,l’écoulement est modélisé par l’équation de Reynolds faiblement compressible avec correction de glissement de premier ordre aux parois que l’on développe. On effectue ensuite un changement d’échelle par la méthode de la prise de moyenne volumique, permettant d’établir un modèle macroscopique d’écoulement à l’échelle d’un élément représentatif, où le débit massique est relié au gradient de pression via le tenseur de transmissivité. Celui-ci, caractéristique de l’élément représentatif de fracture, est calculé par résolution d’un problème de fermeture et est dépendant de la microstructure ainsi que du libre parcours moyen représentatif sur l’élément. Pour remonter à l’écoulement dans l’ensemble de la fracture, hétérogène à cette échelle, celle-ci est subdiviséeen pavés sur chacun desquels est calculé un tenseur de transmissivité local par la méthode sus-citée. Ensuite, l’écoulement dans ce champ de tenseurs est résolu par une méthode des éléments finis de frontière, donnant la transmissivité apparente glissante du joint dans son ensemble. Cette approche à deux échelles, vue comme outil d’aide à la conception, permet une réduction de la complexité de calcul par rapport à une simulation directe, rendant possible une analyse plus efficace du comportement d’un système d’étanchéité. Pour valider l’utilisation du modèle de glissement d’un point de vue macroscopique et s’affranchir des incertitudes sur le calcul de déformation mécanique, des puces nanofluidiques de type réseau hétérogène de canaux droits sont fabriquées par photolithographie par niveaux de gris. Des essais expérimentaux de mesure de fuite sont réalisés sur ces géométries modèles, représentant des joints idéalisés. Ces essais sont effectués en appliquant une forte différence de pression d’hélium par utilisation d’un spectromètre de masse mesurant la fuite, produisant une condition de vide en sortie de puce.Selon les puces, les régimes de raréfaction atteints vont alors du régime glissant au régime moléculaire. Le débit de fuite mesuré est alors supérieur à celui prédit par le modèle de premier ordre, l’écart restant inférieur à un ordre de grandeur quel que soit le régime

Le dispositif d'étanchéité des installations de stockage de déchets est constitué d'une barrière d'argile compactée surmontée d'une géomembrane. En théorie, cette technique permet d'assurer un niveau de protection maximal en prévenant le contact entre les éléments polluants contenus dans les lixiviats et le milieu environnant. Cependant, des défauts existent dans la géomembrane, liés à sa mise en place ou à de l'endommagement postérieur, et ceux-ci forment des passages préférentiels d'écoulement pour les lixiviats. D'autre part, le contact parfait entre la géomembrane et la surface de la barrière minérale n'existe pas car aucun de ces composants n'est parfaitement plan. Il en résulte l'existence d'une interface, qui provoque une surface d'infiltration du lixiviat bien supérieure à la seule aire du défaut dans la géomembrane. Des solutions analytiques et des outils empiriques permettant de quantifier, en régime permanent, les débits de fuite dans les dispositifs d'étanchéité comprenant une interface d'épaisseur uniforme sont disponibles dans la littérature. Cependant, des observations in situ et au laboratoire sont venues invalider le modèle d'un écoulement radial à partir d'un défaut circulaire et d'un écoulement bidimensionnel à partir d'un défaut longitudinal, les écoulements d'interface se révélant d'une nature bien plus complexe et dépendant essentiellement de la non-uniformité de l'épaisseur de l'interface. Les outils bibliographiques disponibles atteignent rapidement leur limite vis-à-vis de la prise en compte de cette non-uniformité de l'épaisseur de l'interface et il apparaît qu'une autre approche doit être suivie pour parvenir à une quantification précise des débits de fuite à travers l'étanchéité composite. Le travail de thèse a consisté à d'abord quantifier la variabilité spatiale de l'interface, puis à adopter un modèle d'écoulement issu des flux dans les milieux poreux fracturés avec lesquels les écoulements d'interface partagent des similitudes. La méthodologie développée consiste à combiner à la fois (1) des observations de terrain qui permettent de connaître les états de surface de la barrière minérale dans des conditions réelles (2) des expérimentations réalisées au laboratoire qui fournissent des mesures de débit de fuite et la géométrie exacte d'une interface reconstituée et (3) des simulations numériques d'écoulement à partir des géométries d'interface fournies, avec une comparaison des flux simulés et mesurés pour évaluer la validité du modèle.Le travail expérimental a été complété par une étude du cas particulier, mais néanmoins courant sur les installations de stockage de déchet françaises, où un géotextile est placé à l'interface. L'impact de cette pratique sur le débit de fuite engendré en cas de défaut dans la géomembrane a été évalué en comparant les données de flux mesurées avec celles obtenues dans les mêmes conditions sans géotextile.

L’augmentation constante du dioxyde de carbone dans l’atmosphère est considérée comme étant la cause principale du réchauffement climatique actuel. La séquestration géologique du CO2 semble être une des meilleures solutions envisageable pour réduire les rejets des gaz à effet de serre (dont le CO2) dans l’atmosphère, seulement si l’intégrité de la couverture du réservoir est préservée sur des centaines ou des milliers d’années. Des simulations expérimentales en batch ont été réalisées afin d’observer la réactivité d’une roche de couverture argileuse et d’une roche réservoir carbonatée en présence de CO2 à 80°C et 150°C pour une pression de 150 bar avec une eau équilibrée. Le protocole analytique mis en place a permis de comparer les roches avant et après expérimentation concluant à une réactivité très faible, centrée sur l’aluminium au niveau des phyllosilicates. Les analyses texturales montrent que le CO2 n’a pas d’incidence sur les propriétés d’adsorption et sur la surface spécifique. L’étude des carbonates du réservoir par la microscopie confocale a permis de mettre en évidence des phénomènes de dissolution-précipitation qui n’ont cependant pas d’impact important sur la chimie et la structure du réservoir. Les simulations numériques réalisées sur des minéraux de référence comme la montmorillonite calcique ou le clinochlore montrent une réactivité importante en présence de CO2 non atteinte expérimentalement, certainement due à des lacunes dans les bases de données thermodynamiques ou à la cinétique des réactions. Les simulations sur Bure ne montrent pas de réactivité sur les minéraux majeurs de la marne argileuse confirmant les résultats obtenus en expérimentation batch / The constant increase in the quantity of carbon dioxide in the atmosphere is regarded as being the principal cause of the current global warming. The geological sequestration of CO2 seems to be an ideal solution to reduce the increase of greenhouse gases (of which CO2) in the atmosphere but only if the reservoir’s caprock keep its integrity for several hundreds or thousands of years. Batch experimental simulations were conducted to observe the reactivity of a caprock made of clay and a carbonate reservoir with CO2 at 80°C and 150°C for a pressure of 150 bar with an equilibrated water. The analytical protocol established allowed to compare the rocks before and after experimentations finding a very low reactivity, focusing on aluminium in phyllosilicates. Textural analysis shows that CO2 does not affect the properties of adsorption and the specific surface. The study of carbonate reservoir by confocal microscopy has revealed phenomena of dissolution-precipitation which have no significant impact on chemistry and structure of the reservoir. The numerical simulations carried out on mineral reference as calcium montmorillonite or clinochlore show a significant reaction in the presence of CO2 not achieved experimentally, probably due to lacunas in the thermodynamic databases or the kinetics of reactions. The simulations on Bure show no reaction on the major minerals confirming the results with batch experiments

Les garnitures d'étanchéité sont utilisées pour assurer l'étanchéité d'arbres tournants lorsque les conditions de vitesse, de pression et de température ne permettent pas l'utilisation de joints classiques en élastomère. Pour un fonctionnement optimal, les deux bagues constituant une garniture doivent être séparées par un film fluide très mince afin d'éviter l'usure des faces du joint tout en limitant la fuite à une valeur acceptable. L'élévation de température due au frottement visqueux modifie considérablement les conditions de lubrification de l'interface du joint. Les phénomènes thermiques jouent donc un rôle essentiel dans les joints d'étanchéité à faces radiales et constituent le sujet de recherche de cette thèse de doctorat. Une analyse bibliographique approfondie a permis de définir les hypothèses nécessaires à une modélisation théorique du comportement thermoélastohydrodynamique des garnitures d'étanchéité. Les équations de conservation dans le film fluide ont été établies puis discrétisées par la méthode des éléments finis dans l'hypothèse d'un fonctionnement stationnaire. La résolution de l'équation de l'énergie a nécessité l'utilisation d'un schéma numérique adapté aux problèmes de convection. Les échanges de chaleur avec les anneaux du joint et les déformations thermoélastiques sont pris en compte par la méthode des coefficients d'influence. Un algorithme itératif permet la détermination des champs tridimensionnels de pression, de vitesse et de température au sein du film fluide dans le cas d'écoulement laminaire et turbulent. L'étude paramétrique réalisée avec le modèle numérique contribue à une meilleure connaissance de l'influence des conditions de fonctionnement, des paramètres de conception et des défauts géométriques sur les performances d'une garniture d'étanchéité. En outre, des relevés de température effectués par thermographie infrarouge sur un joint expérimental développé à cet effet, ont permis de valider le modèle numérique.

Dans une centrale nucléaire de la filière des réacteurs à eau sous pression,le transfert d’énergie de la fission des atomes d’uranium 235 vers l’alternateur produisant alors l’énergie électrique se fait par l’intermédiaire de différents circuits d’eau. Le contexte de cette thèse est celui du circuit primaire qui voit circuler une eau liquide aux conditions de température et de pression les plus sévères de la centrale (155 bar,300 °C). Plus précisément, l’intérêt est porté sur les appareils de robinetterie qui permettent de réguler ou de sectionner les débits dans ce circuit d’eau ainsi que les différents circuits auxiliaires qui lui sont associés. La fonction de sectionnement de débit est assurée par un contact métallique. Une modélisation est mise en place durant cette thèse afin de relier la fuite d’étanchéité au travers de la liaison métallique à un éventuel défaut pouvant être présent sur la portée d’étanchéité du siège. Pour ce faire, une démarche associant simulation et expérience est adoptée. Le modèle numérique permet de simuler le contact siège/opercule puis l’écoulement au travers de la géométrie interstitielle en résolvant respectivement les équations de la mécanique des milieux solides avec code_aster puis les équations de Reynolds avec un schéma numérique original basé sur la méthode des éléments de frontière. La démarche expérimentale permet alors de vérifier la qualité de la simulation entreprise. Elle comporte la fabrication d’éprouvettes d’étanchéité avec des défauts contrôlés puis une mesure de la fuite par différents moyens d’essais. Les résultats obtenus, qui sont discutés,montrent une prédiction correcte lorsque l’effort d’appui reste suffisamment faible et une surestimation de la fuite à plus fort serrage. / In a nuclear power plant from pressurized water reactor technology, the transfer of energy from fission of uranium 235 atom to the alternator producing electricity is performed through different water circuits. The context of this work is the primary circuit of the power plant where there is severe conditions of temperature and pressure (155 bar, 300°C). More precisely, this work is about the industrial valves which allow to regulate or interrupt the water flow in the water circuit or the auxiliary associated circuits. The interruption function is ensured by a metal-to-metal contact.In this work a model is derived and solved in order to relate the sealing leak-rate through the metal contact to a possible defect present on the surface. To accomplish this task, a coupled experimental and numerical approach is adopted. The numerical model allows to compute the contact between the plug and the seat and then the water flow through the remaining aperture field. This is performed by solving the equations of solid continuum mechanics with code_aster and the Reynolds equations with an original scheme based on the boundary element method. The experimental work allows to check the relevance of the model. It consists in the manufacture ofa sample seat holding a controlled defect and then a leak-rate measurement carried out with two different apparatus. Predictions of the leak-rate reveal to be in good agreement with that obtained experimentally at low clamping forces and overestimate the leakage for larger ones.

Certaines applications industrielles nécessitent des niveaux d’étanchéité exceptionnels pour permettre la réalisation d’un vide poussé ou pour répondre à des enjeux de sécurité radiologique par exemple. Ces niveaux de haute étanchéité statique sur des assemblages démontables sont obtenus à l’aide de joints entièrement métalliques. La fuite résultante de l’assemblage n’est due qu’à la persistance d’un champ des ouvertures à l’interface entre le joint d’étanchéité et la bride d’assemblage, conséquence d’un contact imparfait entre les deux surfaces rugueuses. Le champ des ouvertures à l’interface de contact est assimilable à une fracture rugueuse hétérogène, de nature multi-échelle, et peut en principe être obtenu par un calcul de déformations mécaniques préalable. Dans ce travail, on s’intéressera plus particulièrement à l’écoulement gazeux raréfié dans le régime glissant au sein de cette fracture. Pour les régimes modérément raréfiés,l’écoulement est modélisé par l’équation de Reynolds faiblement compressible avec correction de glissement de premier ordre aux parois que l’on développe. On effectue ensuite un changement d’échelle par la méthode de la prise de moyenne volumique, permettant d’établir un modèle macroscopique d’écoulement à l’échelle d’un élément représentatif, où le débit massique est relié au gradient de pression via le tenseur de transmissivité. Celui-ci, caractéristique de l’élément représentatif de fracture, est calculé par résolution d’un problème de fermeture et est dépendant de la microstructure ainsi que du libre parcours moyen représentatif sur l’élément. Pour remonter à l’écoulement dans l’ensemble de la fracture, hétérogène à cette échelle, celle-ci est subdiviséeen pavés sur chacun desquels est calculé un tenseur de transmissivité local par la méthode sus-citée. Ensuite, l’écoulement dans ce champ de tenseurs est résolu par une méthode des éléments finis de frontière, donnant la transmissivité apparente glissante du joint dans son ensemble. Cette approche à deux échelles, vue comme outil d’aide à la conception, permet une réduction de la complexité de calcul par rapport à une simulation directe, rendant possible une analyse plus efficace du comportement d’un système d’étanchéité. Pour valider l’utilisation du modèle de glissement d’un point de vue macroscopique et s’affranchir des incertitudes sur le calcul de déformation mécanique, des puces nanofluidiques de type réseau hétérogène de canaux droits sont fabriquées par photolithographie par niveaux de gris. Des essais expérimentaux de mesure de fuite sont réalisés sur ces géométries modèles, représentant des joints idéalisés. Ces essais sont effectués en appliquant une forte différence de pression d’hélium par utilisation d’un spectromètre de masse mesurant la fuite, produisant une condition de vide en sortie de puce.Selon les puces, les régimes de raréfaction atteints vont alors du régime glissant au régime moléculaire. Le débit de fuite mesuré est alors supérieur à celui prédit par le modèle de premier ordre, l’écart restant inférieur à un ordre de grandeur quel que soit le régime / Some industrial applications require exceptional sealing levels to maintain ultra-high vacuumconditions or for radiological safety concerns for example. Such high performance static sealingconditions on mechanical assemblies are reached using entirely metallic gaskets. The resultingleak-rate is only due to the persistence of an aperture field at the seal-flange interface,consequence of a non-ideal contact between the two rough surfaces. This aperture field can beviewed as a rough and heterogeneous fracture, of multi-scale nature, and can be obtained by aprior contact mechanics computation. In this work, we are interested on the rarefied flow of a gasin this fracture, drawing our attention to the slip regime. For such moderately rarefied regime, theflow is described by the slightly compressible Reynolds equation with a first-order slip-flowcorrection at the walls, which we develop. Using the method of volume averaging, an upscalingprocedure is performed to derive the macroscopic flow model at the scale of a representativeelement, and where the mass flow rate is related to the pressure gradient by the transmissivitytensor. This latter is characteristic of the representative fracture element and is obtained by solvingan auxiliary closure problem which depends on the micro-structure as well as the representativemean free path on the element. To compute the flow in the whole fracture, heterogeneous at thisscale, it is subdivided in tiles on which a transmissivity tensor is locally computed by theaforementioned method. Then, the flow problem in this tensor field is solved using a boundaryelement method, leading to the apparent slip-corrected transmissivity of the entire aperture field.This two-scale approach is a conception tool which reduces the overall complexity with respect toa direct numerical simulation, allowing a more efficient analysis of the behavior of a sealingassembly. To validate the use of slip models at the macroscopic level and to eliminate theuncertainties of the contact mechanics computation, nanofluidic chips composed ofheterogeneous network of straight channels are fabricated using a grayscale photolithographytechnique. Experimental measurements of the leak-rate are performed on these idealizedgeometries that mimic a seal assembly. They are realized by applying a strong helium pressuredifference on the chip using a mass spectrometer to measure the leak, which produces a nearvacuum condition at the outlet. Depending of the chip, the rarefaction regime ranges from slip tofree-molecular. The measured leak-rate is greater than predicted by the first order model, thoughbeing of the same order of magnitude whatever the regime

Le chrome dur, utilisé comme revêtement de tige d’actionneurs hydrauliques linéaires, a été interdit pour risque sanitaire (directive européenne REACH). A cet effet, un revêtement de WS2 a été sélectionné par Safran Landing Systems pour substituer le chrome dur comme revêtement de tige de piston de frein hydraulique. La démarche de sélection utilisée, est limitée par son incapacité à expliquer les performances observées et démontre le besoin d’une démarche de sélection d’autant plus appropriée que la notion d’étanchéité des actionneurs hydrauliques linéaires est « floue ». Comme, la tribologie n’a pas vocation à caractériser les revêtements de surface, parce que son plus petit objet d’étude est un triplet tribologique, cette étude propose l’évaluation de la compatibilité tribologique du revêtement de WS2, avec la fonction d’étanchéité. La démarche utilisée montre que l’étanchéité est régie, par un critère en pression, et par une vérification des caractéristiques tribologiques du système tige/joints requises pour la réalisation de l’étanchéité ; ce qui nécessite un piston hydraulique instrumenté. L’absence de ce piston est compensée par une « caractérisation tribologique approchée » du contact tige/joints, qui associe les expertises tribologiques de pistons hydrauliques d’essais de qualification, appuyées par un modèle éléments finis (EF) du piston hydraulique d’une part, et les résultats d’un essai de frottement piste/joints, conçus à cet effet à l’aide d’un modèle EF d’autre part. Les résultats montrent que le système tige/joints présente de bonnes caractéristiques tribologiques pour le facteur de frottement et l’usure, alors que la localisation de l’accommodation de vitesses dans le cas du contact tige/joint d’étanchéité, accélère le débit source du revêtement et limite sa durée de vie. Enfin, cette thèse comble un vide méthodologique en proposant, une démarche de sélection d’un revêtement pour une application tribologique, et une démarche de triboconception d’un actionneur hydraulique linéaire dans le cas d’un fonctionnement quasi-statique. / Hard chromium used as rod coating in linear hydraulic actuators has been forbidden by the European Directive REACH. In this situation, a WS2 coating has been selected by Safran Landing Systems to replace the hard chromium coating on rod pistons actuators of landing gear braking systems. The selection method was unable to explain the observed performance, and shows the lack of an appropriate methodology for the rod coating selection, mainly because the sealing concept is rather vague. Since tribology is not intended to characterize surface coatings, because its smallest object of study is a tribological triplet, this study proposes the evaluation of the tribological compatibility of the WS2 coating with the sealing function of the hydraulic piston. The adopted approach shows that the sealing performance is governed by a rod/seal contact pressure criterion and by the verification of the tribological characteristics of the rod/seal contact required to achieve a sealing performance. This tribological characterization requires an instrumented hydraulic piston. The absence of this piston is compensated by an "approximate tribological characterization" of the rod/seal contact, which combines the tribological expert analysis of hydraulic pistons of qualification tests, supported by a finite elements model (FE) of the hydraulic piston, and the results of a plate rod/seal friction test, designed for this purpose using another FE model. The results show that the rod/seal contact exhibits good tribological characteristics for the friction factor and wear, whereas the location of the velocity accommodation in the case of the rod/anti-extrusion seal contact accelerates the 3rd body generation of the coating and limits its life expectancy. Finally, this thesis fills a methodological lack by proposing a method of selecting a coating for a tribological application and a triboconception method of a linear hydraulic actuator in the case of quasi-static operating conditions.

La perméabilité aux gaz et aux liquides des matériaux polymères est une propriété qui est mise à profit dans de nombreux domaines industriels. Cette thèse est effectuée dans l'optique de mieux appréhender la problématique de l'étanchéité des conduites flexibles par les polymères. Ainsi, les perméabilités de H2S, CO2 et CH4 dans le polyéthylène (PE) ont fait l'objet d'une étude effectuée dans le contexte de cette thèse. La perméabilité est une propriété qui résulte de la solubilisation des gaz dans le polymère puis de la diffusion de ces produits à travers la matière. La solubilité, qui caractérise l'aptitude d'un gaz à pouvoir s'absorber dans le polymère, est une propriété d'équilibre, qui pourra être étudiée par les techniques de Monte Carlo. La diffusion, qui caractérise l'aptitude d'un gaz à se mouvoir plus ou moins rapidement dans le réseau polymère, sera quant à elle, étudiée par dynamique moléculaire. Au dessous de la température de fusion, le polyéthylène est à l'état semi-cristallin. Cet état est composé de régions contenant des chaînes orientées aléatoirement (régions amorphes) et des régions contenant des chaînes orientées sur un réseau (régions cristallines). La morphologie complexe des polymères semi-cristallins présente des hétérogénéités de dimensions nanométriques, ce qui est difficilement accessible par la simulation moléculaire. A fin d'étudier la solubilité et la diffusion de gaz dans le polyéthylène semi-cristallin, nous modéliserons uniquement la phase amorphe au cours de ce travail. Par contre, l'effet des régions cristallines sur la phase amorphe sera pris en compte dans la simulation par une contrainte ad-hoc.

Cette thèse porte sur le vieillissement des grands ouvrages en béton armé et précontraint dotés d’une fonction de confinement comme les bâtiments réacteurs des centrales nucléaires. Elle vise en particulier l'analyse probabiliste de l’évolution de leurs états de fissuration et de perméabilité dans le temps sous chargements Thermo-Hydro-Mécaniques (THM) simultanés et variables. L’étanchéité de telles structures est due à la faible perméabilité du béton mais reste conditionnée surtout par la maîtrise de la fissuration. Or, l'évolution de la perméabilité, l'apparition des fissures et leur propagation dépendent fortement de plusieurs aléas (les conditions de mise en œuvre, la variabilité spatio-temporelle des propriétés du béton et des chargements THM subis par la structure, etc.). Ainsi, la prise en compte de ces aléas dans les modèles numériques de vieillissement est une nécessité afin de permettre une meilleure évaluation de la performance de la structure dans son état présent et, surtout, permettre une prévision plus précise et plus fiable de son état futur. Pour y parvenir, cette thèse propose une stratégie globale de modélisation stochastique Thermo-Hydro-Mécanique avec post-traitement de la Fuite (THM-F), à l’échelle de Volumes Structurels Représentatifs, adaptée à la complexité du problème traité, au nombre important de paramètres THM-F intervenant dans les calculs et à son coût numérique. En particulier, les points suivants sont traités :(a) Modélisation du vieillissement tenant compte des effets de jeune âge : La modélisation des phénomènes de vieillissement est basée sur un modèle THM-F chaîné. En particulier, la modélisation proposée de la fissuration repose sur le couplage des lois d’échelle énergétique et des champs aléatoires autocorrélés selon une formulation locale, régularisée et vieillissante de l’endommagement. Cela permet une meilleure évaluation du risque de fissuration tant d’un point de vue qualitatif que quantitatif. Par conséquent, la prévision de l’étanchéité est aussi améliorée.(b) Identification des paramètres THM-F les plus influents : En appliquant une méthode d’analyse de sensibilité de type OFAT (One-Factor-At-a-Time) au modèle THM-F retenu, l’effet de la variabilité des différents paramètres en entrée sur la réponse numérique est quantifié. Cela permet de hiérarchiser les effets et de classifier les paramètres selon leur importance vis-à-vis du vieillissement (particulièrement en termes de fissuration et d’étanchéité).(c) Analyse de la propagation d’incertitudes THM-F : Des méthodes basées sur les surfaces de réponse (plans d’expérience adaptatifs, chaos polynomiaux) sont proposées pour construire des méta-modèles THM-F et analyser la propagation d’incertitudes moyennant un coût et une précision raisonnables. Étant donné la nature explicite des méta-modèles, la méthode de Monte Carlo est directement appliquée pour accéder à des fonctions de répartition, des indicateurs de sensibilité globaux et des analyses de fiabilité.L’applicabilité du modèle stochastique THM-F proposé aux grands ouvrages de confinement en béton armé et précontraint est évaluée en se basant sur la maquette VeRCoRs (enceinte de confinement à l’échelle 1 :3) selon des critères de représentativité physique du comportement et des mesures d’incertitudes simulés et de coût numérique. / Concrete is a heterogeneous, multiphasic and ageing material. Consequently, its properties show intrinsically spatiotemporal variations. For large reinforced and prestressed concrete structures such as Nuclear Containment Buildings (NCB), these variations directly affect the kinetic of their ageing process in terms of cracking, drying, creep and tightness. They also lead, within the structure's volume, to a non-negligible spatial heterogeneity of the concrete's behavior to the applied Thermo-Hydro-Mechanical (THM) loads during the operational lifespan. Consequently, the introduction of such variations in numerical models is a mandatory step to enhance the assessment of these structures’ present behavior and the accuracy of predictive analyses of their future one. With that aim in view, the thesis suggests a global coupling strategy of THM-L models (Thermo-Hydro-Mechanical with Leakage estimation) and non-intrusive stochastic approaches adapted for the strongly non-linear and time consuming simulations of ageing phenomena and the large number of inputs they require. Applied to the VeRCoRs mock-up (1:3 scaled containment building) at the scale of Representative Structural Volumes (RSV), this thesis addresses the following issues:(a) RSV-based modeling of concrete ageing from the early age phase: The modeling of concrete’s ageing is based on a staggered Thermo-Hydro-Mechanical with Leakage evaluation (THM-L) strategy. In particular, concrete cracking is modeled according to a Stochastic Size Effect Law (SSEL) and a regularized, local, ageing and damage-based constitutive model. The spatial heterogeneity of the concrete's properties (mainly the Young's modulus) is described using Random Fields (RF). This leads to a better description of concrete cracking both qualitatively and quantitatively. Accordingly, the modeling of the structural tightness is also improved.(b) Most influential THM-L parameters: Using a 1st order sensitivity analysis strategy (One-Factor-At-a-Time OFAT perturbation method), the relative effect of the THM-F parameters on the computed behavior is quantified. The obtained results show a hierarchized list of the most influential parameters and their associated physical phenomena. A selection is then achieved to keep relevant parameters only for uncertainty propagation step and higher-order sensitivity analyses throughout the THM-L coupling path.(c) Uncertainties propagation through THM-L calculation steps: Surface Response Methods (SRM) are used to define the associated RSV-based THM-L meta-models. For the stochastic modeling of concrete’s cracking an original Adaptive-SRM-based algorithm is suggested. Whereas for continuous THM-L quantities, a Polynomial Chaos based strategy is retained. Finally, as the meta-models are explicit within a defined and bounded domain, crude Monte Carlo Method is applied, at low cost, aiming at the CDFs and the reliability analysis of the considered variables of interest.Eventually, the suggested SFEM shall lead operators to a better quantification of uncertainties related to the behavior of their strategic civil engineering structures. This remains a crucial step towards the enhancement of durability assessment and repair/maintenance operations planning.

Au sein des parties statiques d’une turbine à gaz, l’étanchéité du système d’air derefroidissement est couramment assurée par un montage de segments. De par sa rigiditéélevée, ce type de joint s’adapte mal aux pièces avec lesquelles il entre en contact. Uneméthodologie, associant métrologie et calcul éléments finis, a effectivement montré quel’ouverture, à l’interface entre un segment et sa piste, est très supérieure à celle qui caractériseun contact simplement rugueux. Une analyse en ordres de grandeur a révélé que lesmécanismes d’écoulement du gaz, sur un champ d’ouverture typique de l’interface entre la pisteet le segment, sont conditionnés par deux nombres adimensionnels. Trois régimes peuvent êtredistingués en fonction des valeurs prises par ces nombres. L’un d’eux, le régime laminairecompressible inertiel, est particulièrement intéressant car il est présent dans les zones de laturbine où l’étanchéité est cruciale. Un modèle quasi analytique a été développé pour décrire cerégime. En l’associant à un modèle de déformation, on aboutit à un outil prédictif du débit degaz induit par un segment. Des essais sur banc partiel ont permis de le valider et de démontrersa précision. L’outil développé fournit le moyen de quantifier l’impact du champ de température,du champ de pression et des écarts géométriques, propres à un stator de turbine, sur lesperformances de l’étanchéité. Ce travail a débouché sur des règles de dimensionnement et deconception qui portent notamment sur l’obturation du jeu inter-extrémités, sur le choix dunombre de segments et du sens de serrage. / The sealing of gas turbine static parts is usually performed using piston rings.Because of its high stiffness, this type of gasket does not adapt itself to the parts with which it isdue to be in contact. A method involving metrology and a FEM actually revealed that the ringboreor ring-piston contact aperture is far larger than the one within a rough contact. Using ascale analysis, we showed that gas flow mechanisms, through the aperture field of the contactbetween the ring and the inner or outer part (i.e. the piston or the bore), depend on twodimensionless numbers. Three regimes can be distinguished depending on the values of thesenumbers. One of them, the compressible inertial laminar regime, is of particular interestbecause of its relevance in turbine areas where sealing is strongly critical. A quasi analyticalmodel was developed to describe this regime. By a coupling with a strain model, it wasupgraded to a predictive tool of leakage through a piston-ring or bore-ring contact. Acomparison with measurements carried out on a partial test rig allowed to prove its accuracy.This tool made it possible to quantify the influence of temperature field, pressure field andgeometrical defects, which are typical of a turbine stator, on sealing performance. This worklead us to propose design rules concerning, in particular, the ring gap type, number of rings tobe mounted and choice of tightening direction.