Ce travail concerne l’étude du renforcement de structures en pierres par matériaux composites. Deux techniques de renforcement sont utilisées. L’un s’agit de renforcement par matrice cimentaire renforcé avec de textile de fibre de verre TRC. L’autre est renforcement par barres de fibre de verre de FRP suivant la technique de NSM (near-surface mounted). La première phase consiste en la caractérisation des matériaux et l’analyse des comportements mécaniques en compression en cisaillement et en traction de petits éléments de maçonnerie composées d’un assemblage de pierre et mortier bâtard. Les valeurs caractéristiques du comportement mécanique de la maçonnerie sont comparées avec les différents modèles dans la littérature qui calculent les paramètres caractéristiques avec une bonne approximation avec les résultats expérimentales. En plus, le comportement de matériaux de renforcement sont testés en traction ainsi que le comportement de l’adhésion entre le renfort et la maçonnerie est étudié. La deuxième phase se concentre sur le renforcement de murs de maçonnerie soumis sur deux types de chargement. L’un s’agit de cisaillement dans le plan des murs effectué avec l’essai de compression diagonale. Le deuxième représente des charges de flexion à 3 points hors plan des murs accompagné par des forces de compression axiale qui provoque une contrainte de compression de 0.2 MPa. L’essai de cisaillement s’est réalisé sur des murs carrés de cinq rangées de pierres avec mortier. Le renforcement par deux barres verticales de NSM FRP améliore significativement la ductilité et le module de cisaillement des murs, ainsi que le renforcement avec deux couches orthogonales de TRC améliore la résistance au cisaillement. Enfin l’application de modèles analytiques a permet de comparer les résultats expérimentaux aux résultats donnés avec les modèles. En plus, l’essai de flexion à 3 points est effectué sur des murs composés de douze rangées de pierres avec mortier. Le renforcement avec deux barres verticales et deux barres transversales a plus augmenté la rigidité élastique. En revanche, le renforcement avec TRC composé d’une seule couche de textile accompagné avec une barre verticale de FRP n’augmente pas la résistance de mur par rapport à la résistance du mur renforcé avec une seule couche de textile ou avec une barre verticale seule / This work concerns the study of the reinforcement of stone structures with composite materials. Two reinforcing techniques are used. One is reinforcement by cement matrix reinforced with textile TRC of glass fiber. The other is by reinforcing FRP fiberglass rods according to NSM technique (near-surface mounted). The first phase consists of materials characterization and analysis of mechanical behavior in compression shear and tensile of small masonry specimens made of stone and mortar. The characteristic values of the mechanical behavior of the masonry are compared with the different models in the literature which calculate the characteristic parameters and give a good approximation with the experimental results. In addition, the behavior of reinforced materials is tested in tension and the behavior of the adhesion between the reinforcement and the masonry is studied. The second phase focuses on strengthening masonry walls subjected to two types of loading. One is in-plane shear of walls made with the diagonal compression test. Represents the second bending loads to 3 points out of plane walls accompanied by axial compression forces which cause a compressive stress of 0.2 MPa. The shear test was performed on square walls of five rows of stones with mortar. Strengthening by two vertical bars NSM FRP significantly improves the ductility and shear modulus of the walls and the reinforcement with two orthogonal layers TRC improves shear strength. Finally the application of analytical models used to compare the experimental results with the results given by the models. In addition, the bending test with 3-point is carried out on walls composed of twelve rows of stones with mortar. The reinforcement with two vertical bars and two crossbars increased more elastic stiffness. However, the reinforcement with TRC composed of a single layer of textile accompanied with a vertical bar FRP does not increase the resistance of the wall relative to the resistance of the reinforced wall with a single layer of textile or with a simple vertical bar

Cette thèse traite de l’effet des grilles en fibre de verre, utilisées pour renforcer les structures routières, sur la liaison entre deux couches d’enrobés bitumineux, la durée de vie en fatigue et le module de rigidité des ´éprouvettes cylindriques renforcées, ainsi que sur les déflexions mesurées sur une section de route renforcée in situ. Des essais de cisaillement (LEUTNER) ainsi que de module et de fatigue (ITT) ont été conduit sur des éprouvettes renforcées et non renforcées en utilisant différentes grilles, différentes émulsion ainsi que différentes quantités d’émulsion. Pour ces essais, une surface de test a été construite in-situ, de laquelle les ´éprouvettes ont ´été extraites. Une section de route in-situ a ´également été construite, renforcée avec 3 différentes grilles et avec deux sections de références. Les déflexions de la chaussée ont été déterminées avant et après les travaux. Une modélisation de la structure a été faites basée sur les résultats des mesures de déflexion. / This PhD-study evaluates the impact of glass fibre grids, used to reinforced asphalt structures, on the bonding between two asphalt layers, the fatigue life and the stiffness modulus of reinforced cylindrical specimens as well as on the deflections measured on a reinforced in-situ road section. Shear tests (LEUTNER) as well as modulus-tests and fatigue-tests (ITT) were conducted on reinforced and unreinforced specimens, using different grids, different emulsions and different emulsion quantities. For this tests, an outdoor test-surface was constructed, from which the specimens were extracted. A in-situ road test section was also constructed, reinforced with 3 different grids and having two reference sections. The deflections of the road were determined before and after the construction works. A modelisation of the structure, based on the deflection measurements, was made.

Dans ce travail, l’effet du vieillissement thermique sur le comportement en fatigue ducomposite de poly (sulfure de phénylène) renforcé par fibres de verre (PPS/FV) a été étudié. Ce matériau est d’abord étudié par différentes méthodes d’analyse afin de déterminer ses caractéristiques physicochimiqueset mécaniques. Ensuite, le matériau subit un vieillissement thermo-oxydatif accéléré à différentes températures comprises entre 100 °C et 200 °C. Certaines caractéristiques du matériau sont d’ailleurs suivies au cours du vieillissement. A partir des résultats obtenus, un mécanisme d’oxydation estproposé et un modèle cinétique est développé. La validité de ce modèle est vérifiée par les résultats expérimentaux, essentiellement obtenus par la spectrométrie infrarouge. L’effet du vieillissement sur lecomportement mécanique est étudié par les deux axes suivants : D’abord d’une manière indirecte en étudiant l’évolution de la morphologie de la phase cristalline au cours du temps et ensuite par la méthode directe. Dans cette méthode directe, premièrement, le comportement en fatigue et en traction-traction duPPS/FV a été étudié en faisant varier la fréquence et l’amplitude de la sollicitation. La courbe de Wöhler est tracée en fonction du nombre de cycles à la rupture. Il a été constaté que le vieillissement modifie lepositionnement et l’allure de la courbe de Wöhler. Ensuite les éprouvettes vieillies à différentes températures sont testées en fatigue (traction-traction) avec une amplitude maximale (σmax=40 MPa) et un rapport de chargement (R=0,1) afin de suivre l’influence de la dégradation thermo-oxydative au cours du vieillissement. Il a été constaté que l’oxydation a un effet néfaste sur le comportement en fatigue du PPS/FV. Ce matériau perd significativement de ses performances même au début du vieillissement etsurtout à haute température de vieillissement. La perte de la performance en fatigue du matériau s’accentue au fur et à mesure que le processus d’oxydation se poursuit. / In this work, the effect of thermal aging on the fatigue behavior of a glass fiber reinforced poly (phenylene sulfide) composite (PPS/GF) was studied. This material is first characterized by differentmethods of analysis to determine its physicochemical and mechanical characteristics. Subsequently, thematerial undergoes accelerated thermo-oxidative aging at different temperatures between 100 °C and 200 °C. Some characteristics of this material are followed during thermal aging. From the results obtained, an oxidation mechanism is proposed and a kinetic model is developed. The validity of this model is verifiedby the experimental results, essentially obtained by infrared spectrometry. The effect of thermal aging on mechanical behavior is studied in two ways: Firstly, indirect manner by studying the evolution of the morphology of the crystalline phase over time and subsequently by the direct method. In this directmethod, firstly the tension-tension fatigue behavior of PPS/GF was studied by varying the frequency and amplitude of stress. The Wöhler curve is plotted on the basis of the number of cycles at break. Thermalaging has been found to alter the position and shape of the Wöhler curve. Then the samples aged at different temperatures were tested by tension-tension fatigue with a maximum amplitude (σmax = 40 MPa)and a loading ratio (R = 0.1) to follow the influence of thermo-oxidative degradation during aging. It has been found that thermal aging has a detrimental effect on the fatigue behavior of PPS/GF. This material loses its performance significantly even at the beginning of aging, especially in high aging temperature.The loss of fatigue performance grows in the oven as the oxidation process continues.

Les engrenages en matériau polymère présentent de nombreux avantages par rapport aux aciers. Ils sont plus légers, résistants à la corrosion, fonctionne sans lubrifiant et leurs coûts de revient est moindre grâce au moulage par injection. Ils sont de plus en plus utilisés dans des domaines variés, mais se limitent à la transmission de mouvement. L’ajout de fibre de verre courte permet d’augmenter leur tenue mécanique et de diversifier leur domaine d’utilisation à des transmissions de petite à moyenne puissance. Le polyamide (Nylon) renforcé de fibres de verre est le composite le plus couramment utilisé dans le domaine des engrenages. Néanmoins, son comportement viscoélastique ainsi que la présence de fibres introduit une difficulté supplémentaire dans la modélisation. En outre, le comportement viscoélastique dépend de la température et pour le Polyamide, de l’humidité. Par conséquent, la viscoélasticité impacte directement la répartition des charges, l’erreur de transmission sous charge, la raideur d’engrènement. Dans cette thèse, une méthode numérique originale modélisant le comportement mécanique des engrenages en Polyamide 6 renforcé de fibre de verre est proposée. L’approche utilise le modèle rhéologique linéaire de Kelvin généralisé pour simuler le comportement viscoélastique du matériau et prendre en compte la température, l’humidité ainsi que le taux de fibre et leur anisotropie. Ensuite ce modèle rhéologique est intégré dans le modèle quasi-statique du partage des charges développé par le LaMCoS. Ce processus de calcul permet d’obtenir les résultats essentiels pour les engrenages (répartition des charges, pressions de contact, erreur de transmission sous charge, raideur d’engrènement) avec un temps de calcul assez court. Afin de de valider les modèles numériques développés, un banc d’essai a été mis en place, permettant la mesure de l'erreur de transmission et la visualisation de la température de l’engrenage pendant son fonctionnement. / Polymer gears present several advantages: they can be used without lubricant, their meshing is silencer, resistance to corrosion is better, weight is reduced. However they have a poor heat resistance and are limited to rotation transmission. In order to improve the gears performance, glass fibre reinforcement is being increasingly used, where their lower cost and higher strength, compared to unreinforced polyamide, offer a potential increase in gear performance. Mechanical behaviour of polymers materials is very complex; it depends on time, history of displacement, temperature and for several polymers, on humidity. Moreover, an addition of fibres can make the material properties heterogeneous and anisotropic. The particular case of Polyamide 6 + 30% glass fibres which is the most common fibre reinforced plastic is studied in this work. In the first part of this work, a mould was developed to better control the material choice and moulding conditions. Using tomographic observations, investigations were done to better understand the relation between moulding conditions, gears geometry and fibres orientation. Based on these observations and with the help of mechanical characterisation, a linear rheological generalized-Kelvin model was developed to simulate the viscoelastic behavior of the polymer material. In a second part, this model taking into account temperature, humidity and rotation speed is integrated in quasi-static load sharing computation developed by the LaMCoS laboratory. In the load sharing calculus, the displacements are obtained on a large meshing covering the entire surface of the tooth. This relation integrates the viscoelastic displacement, the fibre orientation and the geometrical influence coefficients. The method permits to obtain results such as the loaded transmission error, the instantaneous meshing stiffness, the load sharing and the root tooth stress at different temperature, humidity and rotation speeds within a reasonable computation time. Investigation have shown interesting results regarding the historic of displacements which represents up to 15% of the total displacement at the tip radius, the localization of the maximal tooth root stress, which is the same than metal gears, or the influence of the thermal expansion toward transmission error. On another hand, we have highlighted the low difference between a realistic description of the fibre orientation and an homogeneous anisotropic one. The last step concerns the validation of the numerical. The measurements are carried out on a test bench developed at the LaMCoS laboratory. It provides two experimental results: the temperature of the gear during operation, and the load transmission error using optical encoders to measure the angular positions of the pinion and the gear. This one is global enough to validate the three steps of the model: geometry, kinematics and load sharing.

Ces travaux de thèse portent sur l’étude et l’optimisation des propriétés interfaciales verre/PA 6-6 pour la conception de matériaux composites de structure. Une méthode visant à nettoyer et réactiver la surface du verre a dans un premier temps été développée. Elle permet de travailler avec des substrats de type fibres ou substrats modèles (plaques de verre) et d’obtenir des surfaces « contrôlées » avant l’application de nouveaux revêtements. La maîtrise de l’interface entre renfort et matrice nécessite l’optimisation de l’ensimage, dont les principaux constituants sont des agents filmogènes et des agents de couplage. Au cours de ce travail, nous avons donc étudié les propriétés thermiques, mécaniques et de surface des nouveaux revêtements appliqués sur les substrats de verre. Différents agents filmogènes, sélectionnés pour être compatibles avec les conditions de mise en oeuvre du PA 6-6, ainsi que deux agents de couplages usuels ont été étudiés. Par le choix d’une large gamme de familles d’agents filmogènes, nous avons montré que l’utilisation d’un agent filmogène de composition chimique proche de celle de la matrice permet d’atteindre de meilleures propriétés interfaciales. L’augmentation de la rugosité de surface du revêtement contribue également à cette amélioration. Le greffage des agents de couplage sur le verre s’est révélé bien plus efficace avec un traitement thermique à 150°C qu’à 110°C et un effet de synergie a pu être observé lors de leur association avec un agent filmogène. L’utilisation d’agents filmogènes à haute résistance thermique a permis d’obtenir des propriétés interfaciales très intéressantes, renforcées pour certains systèmes par l’ajout de nanoparticules. Enfin, afin d’accéder à une estimation de la ténacité de l’interface, un test de DCB en mode I a été adapté à notre problématique. Les résultats obtenus ont été complémentaires à ceux obtenus par les tests du plot et de la microgoutte / This work is devoted to the study and optimisation of glass/PA 6-6 interfacial properties for the conception of structural composite materials. A method to clean and reactivate glass surface was first developed. It allowed us to work with glass fibres and model substrates (glass plates), aiming to get controlled surfaces before the application of new coatings. Controlling the interface between the reinforcement and the matrix requires the optimisation of the sizing, which is mainly composed of film formers and coupling agents. This study consisted in the characterisation of thermal, mechanical and surface properties of the new coatings applied to the glass substrates. Different film former bases, selected for their compatibility with the processing conditions of PA 6-6, and two usual coupling agents were studied. This work allowed to identify different parameters that play a role in the improvement of interfacial properties. By working with a wide range of film formers, we could show that the use of a film former with close chemical composition from the matrix allows to reach better interfacial properties. Increasing the surface roughness of coatings also participates in this improvement. The grafting of coupling agents was more efficient after 150°C thermal treatment than 110°C, and a synergistic effect was obtained by their association to a film former. The use of film formers with high thermal resistance provided very interesting interfacial properties, also improved, for some, by the addition of silica nanoparticles. Finally, DCB mode I mechanical test was adapted to our system, allowing to estimate the fracture toughness of the glass/PA 6-6 interface which is a complementary result to the estimation of the adhesion force measured by pull-off and pull-out tests

La simulation du procédé de fabrication de renforts fibreux secs est un enjeu majeur pour l’étude de l’élaboration de matériaux composites, dont l’utilisation dans les industries de pointe s’intensifie rapidement. Ainsi, l’influence du métier à tisser sur la qualité des renforts est primordiale dans la caractérisation de leurs propriétés mécaniques. Une campagne d’essais expérimentaux est tout d’abord réalisée, de manière à identifier les phénomènes physiques mis en jeu. Les différents modes de déformation de la mèche sont ainsi étudiés : élongation, compaction, cisaillement et distorsion. Est étudié également le comportement en flexion et en frottement, afin de mieux appréhender l’effet du procédé de tissage sur les mèches. Deux types de lois de comportement élastiques sont envisagés : une loi hypoélastique et une loi hyperélastique. Sont développées les propriétés de chacune d’entre elles, ainsi que les grandeurs caractéristiques nécessaires à leur implémentation dans le logiciel commercial ABAQUS/Standard. Les algorithmes de deux subroutines sont présentés, correspondant à l’une ou l’autre de ces lois. Le choix est fait de modéliser le comportement mécanique de la mèche à l’aide d’une loi hyperélastique isotrope transverse de type St-Venant, par l’intermédiaire de la subroutine ABAQUS/Standard UANISOHYPER_INV. Enfin, une identification des paramètres matériau à l’aide d’une méthode inverse est proposée. Sont comparés les résultats obtenus par simulation avec les résultats expérimentaux. La loi de comportement alors déterminée permet de mettre en place des simulations de procédé de tissage. / Simulating the manufacturing process of woven preforms is a major stack for understanding the development of composite materials, used in high performance industries. The effect of the weaving loom on the preforms is very important to caracterize their mechanicals properties. Experimental tests are realised to identify the physical phenomenon. Different deformation modes are studied : elongation, compaction, shear and distortion. The bending and friction behavior are also important to understand the effect of weaving process. Two constitutive laws are considered : a hypoelastic law and a hyperelastic law. An analyse of their properties is presented, and their implementation in a commercial software, ABAQUS/Standard, is detailed. In this purpose, two subroutines can be used. The modelisation of the mechanical behavior of the tows is finally realised with a transversely isotropic hyperelastic St-Venant model, with the subroutine ABAQUS/Standard UANISOHYPER_INV. To conclude, an identification method is presented and the simulated results are compared to experimental tests. The obtained consitutive behavior is finally used to simulate the weaving process.

L'industrie aéronautique doit faire face aux nouvelles exigences environnementales, tout particulièrement concernant la réduction de la consommation des énergies fossiles. L'utilisation de matériaux composites plus léger permet de répondre en partie à cette attente. Pour limiter les coûts lors de la fabrication et du développement des composites à renforts tissés 3D, il est nécessaire d'utiliser des outils de simulation performants. En particulier, les outils existants, qui discrétisent à une échelle mésoscopique l'architecture des tissus 3D, ne tiennent pas compte de l'influence du procédé de fabrication sur la constitution de la structure textile. Si des outils numériques dédiés à la modélisation du procédé de tressage et de tricotage sont disponibles, il n'en est rien concernant le tissage. Cette étude avait donc pour but de s'intéresser plus particulièrement à la simulation du prodécé de tissage pour pouvoir obtenir une structure de tissu sèche déformée numériquement. La production de différentes architectures de tissu en verre E dans notre laboratoire nous a permis d'observer les différents éléments en contact avec le fil ou le tissu sur la machine à tisser, par le biais de l'utilisation d'une caméra rapide par exemple. Le développement d'un modèle numérique par éléments finis reproduisant le procédé de tissage a été réalisé. Une loi de comportement isotrope transverse fut utilisée pour modéliser les fils de verre. Des premières simulations numériques encourageantes pour la fabrication d'un tissu d'armure toile et d'un tissu d'armure croisé 2-2 sont présentées et comparées avec les tissus réels produits correspondants. / The aeronautical industry faces new challenges regarding the reduction of fossil fuel consumption. One way to address this issue is to use lighter composite materials. The ability to predict the geometry and the mechanical properties of the unit cell is necessary in order to develop 3D reinforcements in composite materials for these aeronautical applications. There is a difficulty to get realistic geometries for these unit cells due to the complexity of their architecture. Currently, existing tools which model 3D fabrics at a meso scale don't take into account manufacturing process influence on the shape modification of the textile structure. There is already some numerical tools that can model the braiding or knitting process, but none have been developed for weaving so far. Consequently, this study deals with the numerical simulation of the weaving process to obtain a deformed dry fabric structure. During the weaving process of E-glass fabrics, achieved in our laboratory, it has been observed that large deformations led to the modification of transverse section of meshes, or local density changes, that can modify the fabrics mechanical resistance. For this reason, a numerical tool of the weaving process, based on finite element modelling, has been developped to predict these major deformations and their influences on the final textile structure. The correlation between numerical results and fabrics produced with glass fibres has been achieved for plain weave and 2-2 twill.

Abstract : The present study addressed the feasibility of reinforced-concrete squat walls totally reinforced with GFRP bars to attain reasonable strength and drift requirements as specified in different codes. Nine large-scale squat walls with aspect ratio (height to length ratio) of 1.33—one reinforced with steel bars (as reference specimen) and eight totally reinforced with GFRP bars—were constructed and tested to failure under quasi-static reversed cyclic lateral loading. The key studied parameters were: (1) use of bidiagonal web reinforcement; (2) use of bidiagonal sliding reinforcement; and (3) web reinforcement configuration (horizontal and/or vertical) and ratio. The reported test results clearly revealed that GFRP-reinforced concrete (RC) squat walls have a satisfactory strength and stable cyclic behavior as well as self-centering ability that assisted in avoiding sliding shear that occurred in the companion steel-reinforced wall following steel yielding. The results are promising regarding using GFRP-reinforced squat walls in areas prone to seismic risk where environmental conditions are adverse to steel reinforcement. Bidiagonal web reinforcement was shown to be more effective than conventional web reinforcement in controlling shear-cracks width. Using bidiagonal sliding reinforcement was demonstrated to be not necessary to prevent sliding shear. The horizontal web reinforcement ratio was found to have a significant effect in enhancing the ultimate strength and deformation capacity as long as the failure is dominant by diagonal tension. Existence of both horizontal and vertical web reinforcement was shown to be essential for cracks recovery. Assessment of the ultimate strengths using the available FRP-reinforced elements code and guidelines (CSA S806-12 and ACI 440.1R-15) was conducted and some recommendations were proposed to attain a reasonable estimation of ultimate strengths. Given their importance in estimating the walls’ later displacement, the effective flexural and shear stiffness of the investigated walls were evaluated. It was found that the cracked shear stiffness could be estimated based on the truss model; while the flexural stiffness can be estimated based on the available expressions in FRP-reinforced elements codes and guidelines. Based on a regression analysis, a simple model that directly correlates the flexural and shear stiffness degradation of the test walls to their top lateral drift was also proposed. / Résumé : La présente étude traite de la faisabilité de voiles courts en béton armé totalement renforcés avec des barres de polymères renforcés de fibres de verre (PRFV), obtenant une résistance et un déplacement latéral raisonnable par rapport aux exigences spécifiées dans divers codes. Neuf voiles à grande échelle ont été construits: un renforcé avec des barres d'acier (comme spécimen de référence) et huit renforcés totalement avec des barres de PRFV. Les voiles ont été testés jusqu’à la rupture sous une charge quasi-statique latérale cyclique inversée. Les voiles ont une hauteur de 2000 mm, une largeur de 1500 mm (élancement 2000 mm/1500 mm = 1,33) et une épaisseur de 200 mm. Les paramètres testés sont : 1) armature bi-diagonale dans l’âme; 2) armature bi-diagonale dans l’encastrement du mur à la fondation (zone de glissement); 3) configuration d’armature verticale et horizontale réparties dans l’âme et taux d’armature. Les résultats des essais ont clairement montré que les voiles courts en béton armé de PRFV ont une résistance satisfaisante et un comportement cyclique stable ainsi qu'une capacité d'auto-centrage qui ont aidé à éviter la rupture par glissement à l’encastrement (sliding shear). Ce mode de rupture (sliding shear) s’est produit pour le voile de référence armé d’acier après la plastification de l’armature. Les résultats sont prometteurs concernant l'utilisation de voiles en béton armé de PRFV dans les régions sismiques dans lesquelles les conditions environnementales sont défavorables à l’armature d’acier (corrosion). L’armature bi-diagonale en PRFV dans l’âme s’est avérée plus efficace pour le contrôle des largeurs de fissures de cisaillement comparativement à l’armature répartie dans l’âme. L'utilisation d'un renforcement de cisaillement bi-diagonal a été démontrée comme n'étant pas nécessaire dans les voiles courts en béton armé de PRFV pour prévenir la rupture par glissement à l’encastrement (shear sliding). Par ailleurs, les résultats d’essais ont montré que le taux d’armature horizontale répartie dans l’âme a un effet significatif sur l’augmentation de la résistance et la capacité en déformation des voiles dont la rupture par effort tranchant se fait par des fissures diagonales (tension failure). L'existence d’armature verticale et horizontale répartie dans l’âme du voile en béton armé de PRFV s'est révélée essentielle pour l’ouverture et la fermeture des fissures au cours des chargements cycliques. Les normes calcul CSA S806-12 et ACI 440.1R-15 ont été utilisées pour évaluer la résistance au cisaillement des voiles courts en béton armé de PRFV. Certaines recommandations ont été proposées pour obtenir une estimation raisonnable des forces ultimes. Compte tenu de leur importance dans l'estimation du déplacement latérale des voiles, la rigidité effective en flexion et en cisaillement des voiles étudiés a été évaluée. On a constaté que la raideur de cisaillement du béton fissuré pourrait être estimée en utilisant le modèle de treillis. La rigidité à la flexion peut être, quant à elle, estimée en fonction des expressions disponibles dans les normes et les guides de conception de membrures en béton armé avec des barres en PRFV. Sur la base d'une analyse de régression, un modèle simple qui corrèle directement la dégradation de la rigidité en flexion et en cisaillement des voiles courts en béton armé de PRFV testés avec le déplacement latérale dans la partie supérieure des voiles a également été proposé.

L’intérêt croissant de l’industrie pour les matériaux composites thermoplastiques est motivé par leurs propriétés de thermoformabilité, de recyclabilité ainsi que leurs capacités de cadences de production élevées. Le développement de matériaux pré-imprégnés thermoplastiques, apparus dès les années 1980, s’est imposé comme un moyen efficace de contourner les fortes viscosités des polymères utilisés en réduisant la distance d’écoulement des polymères à l’état « fondu ». Cette étude s’est plus particulièrement intéressée au développement de composites à base de tissus de verre et de carbone pré-imprégnés par un latex acrylique, le TPREG I. En outre, les propriétés mécaniques élevées des matrices acryliques, alliées à un coût relativement faible, en font un matériau intéressant, de nature à permettre un saut technologique dans la conception et la fabrication de composites structuraux à matrice organique. Notre étude s’est concentrée sur la mesure de l’adhésion à l’interface fibre/matrice acrylique car cette région est au cœur du transfert de charge de la matrice vers les fibres et conditionne donc les propriétés mécaniques du composite. Nous avons choisi d’évaluer l’adhésion interfaciale en combinant des analyses de mouilllage avec des tests mécaniques aux échelles microscopique et macroscopique. Le test micromécanique de la microgoutte permet de mettre en évidence le rôle central de l’ensimage des fibres sur la contrainte de cisaillement interfaciale. L’adhésion thermodynamique, déterminé par des mesures d’énergie de surface, est en accord avec la contrainte de cisaillement et souligne l’influence de la polarité de l’ensimage. A l’échelle macroscopique, les essais de traction hors-axe sur composites unidirectionnels permettant de solliciter l’interface en cisaillement quasi-plan ont mis en exergue une corrélation entre les échelles micro et macro. L’étude a également permis de dégager une forte augmentation de l’adhésion grâce à une modification de la matrice acrylique, ainsi qu’une dégradation des propriétés interfaciales à l’échelle micro par vieillissement hydrolytique. Cette étude constitue une première base de données concernant les propriétés interfaciales de composites thermoplastiques acryliques et démontre l’importance d’une étude multi-échelles dans la conception de nouveaux composites. / The present study was initiated by the development of a new processing route, i.e. latex-dip impregnation, for thermoplastic (TP) acrylic semi-finished materials. The composites resulting from thermocompression of TPREG I plies were studied by focusing of interfacial adhesion. Indeed the fiber/matrix interface governs the stress transfer from matrix to fibers. Thus, a multi-scale analysis of acrylic matrix/fiber interfaces was conducted by considering microcomposites, as models for fiber-based composites, and unidirectional (UD)macro-composites. The study displayed various types of sized glass and carbon fibers. On one hand, the correlation between thermodynamic adhesion and practical adhesion, resulting from micromechanical testing, is discussed by highlighting the role of the physico-chemistry of the created interphase. Wetting and thermodynamical adhesion are driven by the polarity of the film former of the sizing. On the other hand, in-plane shear modulus values from off-axis tensile test results on UD composites are consistent with the quantitative analyses of the interfacial shear strength obtained from microcomposites. More specifically, both tests have enabled a differentiation of interface properties based on the fiber sizing nature for glass and carbon fiber-reinforced (micro-)composites. The study of overall mechanical and interface properties of glass and carbon fiber/acrylic composites revealed the need for tailoring interfacial adhesion. Modifications of the matrix led to successful increases of interfacial adhesion in glass fiber/acrylic composites. An additional hygrothermal ageing study evidenced a significant loss of interfacial shear strength at micro-scale which was not observed for UD composites. The results of this study are a first step towards a database of relevant interface properties of structural TP composites. Finally, the analyses of interfaces/phases at different scales demonstrate the importance of a multi-scale approach to tailor the final properties of composite parts.

Ce mémoire de thèse s’intéresse aux phénomènes d’adhésion dans des composites à matrice thermoplastique obtenus par polymérisation radicalaire de mélanges réactifs. Après une courte introduction bibliographique sur les thématiques d’adhésion et d’adhérence, les propriétés générales des principaux éléments constitutifs des assemblages finaux sont étudiées séparément pour discuter de leur pertinence en vue d’une application composite. Une attention particulière est portée sur les systèmes réactifs acryliques à l’état liquide. L’étude se concentre ensuite sur les mécanismes réactionnels et l’évolution des propriétés des systèmes réactifs lors de la polymérisation. Ces problématiques sont de première importance pour anticiper les mécanismes gouvernant l’adhésion dans les composites obtenus mais aussi pour appréhender les potentielles problématiques à venir lors des étapes de mise en forme. Enfin, une étude est spécifiquement dédiée au cas de l’adhésion entre matrice acrylique et fibres de verre dans des composites à fibres de renfort continues. Les propriétés à l’interface verre/acrylique ont été évaluées à l’échelle microscopique dans des systèmes modèles et à l’échelle macroscopique dans des composites unidirectionnels, c'est à dire pouvant les défauts d’adhésion générés lors de la mise en forme. L’ensemble de ces résultats permet de se positionner quant à l’utilisation de solutions acryliques thermoplastiques pour des applications composites structuraux. / These PhD research works focus on adhesion phenomena involved in thermoplastic composites based on acrylic matrices obtained by free radical polymerization. After a short bibliographic section introducing some basics on adhesion phenomena and practical adhesion measurements, properties of elementary constituents are assessed to discuss their relevancy for composite applications. Special attention is paid to acrylic reactive systems and properties of acrylic resins at liquid state. Then, the reaction mechanisms involved in free radical polymerization are detailed. The changes in acrylic system properties during polymerization are investigated to anticipate further processing-related issues. At last, a study is dedicated to the assessment of interfacial adhesion between glass fiber and acrylic matrices in fiber reinforced composites. Interfacial properties are characterized at microscale in model systems and at macroscale in real-sized composites, i.e. integrating process-induced defects. From overall results, the relevancy of acrylic thermoplastic solutions for structural composite applications is discussed.