L’objectif de cette étude est de modéliser la digestion dans l’intestin grêle : le transport des aliments par les ondes péristaltiques, la dégradation par les enzymes endogènes et exogènes et l’absorption active et passive. Un modèle mécaniste basé sur les équations différentielles ordinaires a été utilisé pour représenter la digestion. Les équations décrivent l’évolution de la position et de la composition du bolus provenant de l’estomac. Nous montrons ensuite par les méthodes d’homogénéisation mathématiques que ce modèle peut être considéré comme une version macroscopique des modèles plus réalistes, qui contiennent des phénomènes biologiques à des échelles inférieures de l’intestin grêle. Enfin, nous étudions l’influence du changement de la structure de bolus sur la digestion en intégrant les fibres alimentaires dans sa composition. Les deux principales caractéristiques des fibres alimentaires qui interagissent avec la fonction de l’intestin grêle, à savoir, la viscosité et la capacité de rétention d’eau ont été modélisées. / The purpose of this study is to model the digestion in the small intestine : transport of the the bolus by the peristaltic waves, feedstuffs degradation according to the endogenous and exogenous enzymes and nutrients absorption. A mechanistic model based on ordinary differential equations is used to represent the digestion. The equations describe the evolution of the position and composition of the bolus of feedstuffs coming from the stomach. We prove by using the homogenization methods, that this model can be considered as a macroscopic version of more realistic models which contain the biological phenomena at lower scales of the small intestine. Finally, we investigate the digestion of a non-homogeneous feedstuffs matrix by integrating the dietary fibre in the bolus. The two main physiochemical characteristics of dietary fibre which interact with the function of the small intestine, i.e. viscosity and water holding capacity are modelled.

Durant ces dernières décennies les matériaux composites organiques ont subi un très grand essor dans le domaine des structures aéronautiques. Leur principal avantage est d’alléger les structures tout en gardant de bonnes propriétés mécaniques. De plus, leur microstructure leur permet d’avoir un caractère multi-fonctionnel, ce qui facilite leur intégration pour remplacer les technologies existantes. Dans l’industrie aéronautique, il existe un besoin croissant de grande quantité de petite et moyenne pièces (clips, éléments de jonctions). Cependant, il est aujourd’hui difficile de fabriquer en série des pièces ayant des formes tridimensionnelles complexes par des procédés conventionnels (autoclave). Ainsi, l’orientation envisagée est d’utiliser les procédés de la « famille » automobile pour des applications aéronautiques « semi-structurales », comme le moulage par injection de composites thermoplastiques renforcés de fibres courtes. Cette application nécessite une maîtrise et une fiabilisation du procédé ainsi que des propriétés induites. Ceci a été réalisé par l’identification et la quantification des effets des paramètres qui influent significativement sur la microstructure et les propriétés macroscopiques, par un plan d’expériences. De plus, le dimensionnement de telles pièces requiert une modélisation robuste du comportement mécanique pour prédire au mieux leur capacité d’utilisation. Les données sur la microstructure ont permis d’alimenter un modèle micromécanique comportant un critère d’endommagement de l’interface fibre/matrice. Développé sur un code éléments finis industriel, il a permis de prédire les résultats expérimentaux d’une pièce industrielle. / During the last decades, organic composite materials have undergone great development in the field of aeronautical structures. Their main avantage is to reduce the structures weight while maintaining good mechanical properties. In addition, their microstructure allows them to have a multi-fuctional nature, which facilitates their integration to replace existing technologies. In the aviation industry, there is a growing need for large amount of small and medium parts (clips, connecting elements). However, nowadays it is difficult to produce parts with complex by conventional methods dimensional shapes (autoclave). Thus, the considered path is tu use methods of the automotive “family” for “semi-structual” aerospace applications such as injection-moulding of thermoplastic composites reinforced by short fibres. This application requires a mastery and reliability of the process and the induced properties. This was achieved by the identification and quantification of the parameters effects that significantly influence the microstructure and macroscopic properties, by a design of experiments. Moreover, the dimensioning of such parts requires a robust mechanical behabior modelling to predict the best use of their capacity. The data on the microstructure enable to feed a micromechanical model featuring damage criteria of the fiber/matrics interface. Developed on a industrial finite element code, it was used to predict the experimental results of an industrial part.

Les structures sandwichs sont largement utilisées dans le domaine de l’aéronautique et de l’espace du fait de leur bon rapport rigidité sur masse. Cependant, leur amortissement doit être amélioré pour le confort des utilisateurs et la durabilité des structures. L’objectif de cette thèse est d’étudier l’amortissement apporté à une structure sandwich par l’utilisation d’un matériau d’âme récemment développé. Ce matériau est fabriqué à base de fibres de carbone enchevêtrées, réticulées avec de la résine époxy. Le matériau enchevêtré-Réticulé est d’abord étudié seul. Les mesures expérimentales montrent un comportement dépendant de l’amplitude et de l’historique de sollicitation, et indépendant de la fréquence. Un modèle d’hystérésis est développé pour décrire les boucles contrainte-Déformation mesurées. L’étude théorique d’une structure à un degré de liberté permet de détailler l’effet des différentes composantes de ces boucles sur la réponse dynamique. Le matériau est ensuite inclus dans une poutre sandwich. Un modèle de vibrations de poutres sandwichs en flexion est proposé pour inclure un comportement non-Linéaire dissipatif du matériau d’âme. Une étude expérimentale est menée sur des poutres sandwichs, montrant un amortissement très supérieur à celui apporté par un matériau d’âme classique comme le nid d’abeille. Les simulations réalisées avec le modèle de poutre sandwich et le modèle d’hystérésis permettent de bien capturer les phénomènes non-Linéaires observés. A la fin de l’étude, une utilisation mixte d’un matériau d’âme en nid d’abeille et d’un matériau d’âme enchevêtré-Réticulé est proposée afin d’obtenir un bon amortissement pour un faible ajout de masse. / Sandwich structures are widely used in aerospace applications for their very good stiffness to weight properties. However, the damping properties of these structures have to be improved for user comfort and structural durability. The aim of this thesis is to study how the use of a recently developped core material can increase damping in sandwich structures. This material is made with entangled carbon fibres cross-Linked with epoxy resin. The entangled-Cross-Linked material is first studied separately. Experimental measurements show that the behavior depends strongly on strain amplitude and excitation history, while it depends weakly on frequency. A hysteresis model is developed to describe measured stress-Strain loops. A single-Degree-Of-Freedom structure containing the material is studied theoretically to show the effect of the different parts of the hysteresis loops on the steadystateand transient responses. The material is then included in a sandwich beam. A model for the bending vibrations of a sandwich beam is developped to include any nonlinear nonconservative behavior of the core material. Sandwich beams are then studied experimentally, showing a much higher damping than for classical core materials such as honeycomb. Simulations made with the sandwich beam model and the hysteresis loop model capture well the observed nonlinear phenomena. At the end of the study, a mixed use of honeycomb and entangled-Cross-Linked core materials is proposed, in order to obtain a high level of damping without adding much weight to the structure.

Ces travaux de thèse portent sur la synthèse et purification de matériaux vitreux utilisés pour le développement de fibres optiques à profils opto-géométriques variés, adaptées à la génération de supercontinuum (SC) entre 1 et 5 μm.Concernant la purification, plusieurs pistes ont été suivies, le meilleur résultat étant obtenu pour la purification du système vitreux TeO2-ZnO-Na2O au moyen du fluorure de zinc. Les mesures d'atténuation sur fibre mono-indice révèlent l'élimination presque complète des absorptions liées aux groupements OH entre 3 et 4 μm (taux d'impuretés OH dans la matrice inférieur à 1 ppm massique). Ces verres purifiés sont utilisés pour la fabrication de fibres optiques microstructurées (FOMs). Un élargissement spectral couvrant la fenêtre 0.6 μm - 3.3 μm est obtenu dans une fibre effilée à coeur suspendu. Aussi, une source compacte basée sur la génération de SC dans une FOM en tellurite est développée et appliquée à la détection de gaz (du méthane) entre 2 et 3 μm. Cependant un phénomène de vieillissement, lié à une interaction du coeur de la fibre avec la vapeur d'eau atmosphérique via la microstructure, et entraînant une augmentation des pertes optiques entre 3 et 4 μm, est mis en évidence dans ces fibres à coeur suspendu. Pour pallier ce problème, des fibres tout-solide à saut d’indice sont développées. La méthode de fabrication des préformes en verre, combinant les techniques de built-in casting et de rod-in-tube, est alors adaptée aux techniques de purification. Une fibre à saut d'indice à petit coeur en verres TNaGZ et TZNF purifiés a notamment été étirée et utilisée pour la génération d’élargissements spectraux dans différents régimes de dispersion. / This PhD thesis work focuses on the synthesis and purification of vitreous materials used for the development of waveguides with varied profiles, dedicated to supercontinuum (SC) generation between 1 and 5 μm.Concerning the purification of tellurite glasses, several leads were followed, but best results are obtained for the purification of the TeO2-ZnO-Na2O glassy system by the means of zinc fluoride. Attenuation measurements performed on several meter-long single-index fiber samples reveal the nearly complete elimination of water-related absorptions between 3 and 4 μm (OH ions concentration lower than 1 ppm mass.). Such water-purified glasses were firstly dedicated to microstructured optical fibers (MOFs) fabrication for SC generation. Spectral broadening between 0.6 and 3.3 μm is obtained in a suspended-core taper. Moreover, a compact source based on supercontinuum generation in tellurite MOFs is developed for a gas detection application in the 2-3 μm domain. However an aging process, due to water contamination and leading to the apparition of additional optical losses between 3 and 4 μm, has been identified in those suspended-core fibers. In order to avoid such transmission degradation, all-solid step-index fibers are developed. The preforms fabrication method, which combines the built-in casting and the rod-in-tube, is adapted to the purification techniques. An all-solid small-core waveguide made from purified TNaGZ and TZNF glasses is fabricated and moreover used for spectral broadening experiments in different dispersion regimes.

L'allègement des véhicules est un enjeu majeur de l'industrie automobile pour participer, avec l'évolution des motorisations, à la maîtrise des consommations énergétiques et la réduction des émissions de gaz à effet de serre. Dans ce travail, nous nous intéressons à l'introduction des matériaux composites dans les pièces de structure et particulièrement dans le périmètre de la liaison au sol composé d'organes de sécurité active, sujets au phénomène de fatigue multi axiale à grand nombre de cycles.Les matériaux composites présentent une solution séduisante en raison de leurs propriétés mécaniques intéressantes combinées à une faible densité. Toutefois, la fatigue des matériaux composites reste un sujet complexe relativement peu abordé. C'est dans ce cadre que s'inscrit cette thèse qui vise à mettre en place une méthodologie de dimensionnement des composants automobiles de structure, à partir d'un composite tissé verre/époxy. Cette méthodologie s'attache à être facile d'utilisation et adaptable au calcul de structure pour être applicable en Bureau d'Études. La première étape de cette étude est la caractérisation de la tenue en service du matériau sous chargements monotones et cycliques et l'identification des cinétiques d'endommagement. Au vu des résultats expérimentaux obtenus et à partir des approches de dimensionnement existantes, un critère de fatigue multi axiale est proposé. Ensuite, une optimisation du protocole d'identification des paramètres est effectuée afin de réduire au minimum le volume des campagnes d'essais. Enfin, le critère mis en place pour évaluer la durée de vie en fatigue du matériau composite tissé est validé sur des éprouvettes trouées et sur le train avant à lame composite. / The reduction of fuel consumption and greenhouse gas emissions is one of the most important challenges facing the automotive industry. An efficient strategy to meet these targets is by reducing the weight of vehicle. In this work, we are interested in introducing composite materials in automotive structural parts and especially in suspensions which are subjected in service to high-cycle fatigue loadings. Therefore, a good prediction of fatigue life is required. As continuous fibre-reinforced composites provide good mechanical properties combined with a low density, they have been increasingly used in many lightweight structures. However, the fatigue behaviour of composites has not been widely investigated. This work aims at developing an approach to predict the lifetime in service of structural automotive components, made with woven glass / epoxy composite. This approach has to be easy to use by design engineers at the scale of the structure. The first step is the characterization of the material. Then, the processes involved in degradation of the composite subjected to both monotonic and cyclic loadings were identified.Given the experimental results and the existing approaches, a multiaxial fatigue criterion is proposed. An optimization of the identification protocol is also performed to reduce the quantity of needed experimental data. Finally, the fatigue life prediction model criterion is validated by tests on notched coupons and on composite vehicle's suspension.

Cette thèse a été réalisée au sein du LERMAB et du CETELOR et se consacre à la mise au point de matériaux composites biosourcés à plus de 98%. Des fibres libériennes de type lin, chanvre, kénaf et jute ont ainsi été sélectionnées, caractérisées chimiquement et physiquement. Les renforts en nontissés sont définis ici comme une superposition de voiles (ou nappes de fibres) cohésifs produits par cardage pneumatique et dont la consolidation est réalisée par aiguilletage. Les voies que nous avons choisies au cours de ce travail nous ont permis d'appréhender et de mettre en évidence l'importance de la qualité des fibres sur les propriétés mécaniques et structurales des matériaux développés. Les renforts réalisés dans un premier temps dans une gamme de poids de 200 à 800 g/m² en simple, double ou triple épaisseurs ont ensuite été optimisés dans le but de préserver les propriétés mécaniques des fibres et de permettre une bonne accessibilité de la résine d'imprégnation. Pour limiter les facteurs de complications, les paramètres process ont été limités pour toutes les fibres et composites. Les fibres ont été mises en oeuvre seules ou en mélanges, et imprégnées de matrice à base de résine naturelle tannin de mimosa et d'hexamine (comme durcisseur) ou de résine synthétique de type époxy. Des biocomposites à taux de fibres en masse de plus de 50% et de densité entre 0,9 et 1,2 ont été obtenus. Les modules d'élasticité atteignent 6 GPa en flexion et en traction. Pour les contraintes, les moyennes atteignent 42 MPa et 75MPa respectivement en traction et en flexion / This thesis was carried out within the LERMAB and the CETELOR and about the development of more than 98% biobased composites materials. Bast fibre type flax, hemp, kenaf and jute were selected, characterized chemically and physically. Nonwovens reinforcements are defined here as a superposition of cohesive webs products by pneumatic carding and consolidation by needling. The process we have chosen during this work allowed us to understand and to highlight the importance of the quality of the fibers on the mechanical and structural properties of the materials developed. Reinforcements made initially in a weight range from 200 to 800 g/m² in single, double or triple thicknesses have then been optimized to preserve the mechanical properties of the fibers and allow good accessibility of the impregnating resin. To limit the factors of complications, the process parameters have been limited for all fibers and composites. Fibers have been used singly or in mixtures, and impregnated by a matrix of natural tannin from mimosa and hexamine (as a hardener) or by synthetic resin of epoxy. Biocomposites with a rate of fibre mass over 50%, and density between 0.9 and 1.2 were obtained. Elasticity Modulus reach 6 GPa flexural and tensile. For strenght, averages reach 42 MPa and 75MPa respectively in tensile and bending

Les packagings d’électronique embarquée sont actuellement en alliages d’aluminium. A partir d’une étude de sélection des matériaux, complétée par une simulation numérique thermique,nous avons démontré qu’un matériau composite constitué d’une matrice aluminium et de fibres de carbone à forte conductivité thermique, représente un fort potentiel de gain de masse sur ces équipements. Cependant, le couplage de ces deux matériaux génère des problèmes d’élaboration en raison d’incompatibilités fortes parmi lesquelles un mouillage très faible du carbone par l’aluminium liquide et une réactivité chimique élevée qui conduit à la formation de carbures d’aluminium préjudiciables pour le matériau final. Deux voies d’élaboration distinctes ont été envisagées : Une voie liquide où l’utilisation d’un agent de mouillage (un sel fluoré) a permis d’obtenir la montée par capillarité du métal dans des mèches de fibres. Une voie solide basée sur une technique originale d’empilements de feuillets d’aluminium et de fibres de carbone avec le procédé de Spark Plasma Sintering (SPS). .La seconde technique s’est révélée prometteuse en permettant d’obtenir des échantillons multicouches sans porosités, un endommagement très limité des fibres et une architecture contrôlée.Notre étude a montré que la formation de carbures d’aluminium est limitée. De plus, une meilleure compréhension du SPS ou l’application d’un revêtement sur les fibres devraient permettre d’éviter la formation de ces carbures. Les tentatives de caractérisations mécanique et thermique effectuées sur ces échantillons donnent un premier aperçu de l’efficacité du renforcement de l’aluminium par les fibres de carbone. / Embedded electronic packagings are currently made of aluminum. A first study – basedupon a material selection method completed by numerical analysis – showed that a metal matrixcomposite made of aluminum and highly thermal conductive continuous carbon fibers represents ahigh potential upon weight savings for those equipments. Though, coupling these componentsrepresents numerous challenges due to their incompatibility such as a really low wetting of carbonliquidaluminum system and its unavoidable chemical reactivity that leads to the formation ofaluminum carbides that are harmful for the final material. Two manufacturing routes were considered: A liquid route using a wetting agent (fluorinated salts) led the metal to rise alongcarbon fibers by capillarity. A solid route based upon a novel technique of aluminum foils and carbon fibersstacking using the Spark Plasma Sintering (SPS) process.This second technique revealed to be very promising and allowed to obtain multilayer samples with noporosities, highly limited fiber damages and controlled composite architecture. Our study shows thataluminum carbides formation is limited. Moreover, a deeper comprehension of SPS process or thedeposit of fiber coatings would prevent this carbide formation. Attempts of mechanical and thermalcharacterization led upon such samples give a first overview of the efficiency of the aluminumreinforcement by carbon fibers.

Les matériaux céramiques à base de bore dans le système quaternaire Si-B-C-N présentent des propriétés de grand intérêt grâce aux liaisons covalentes et à la faible mobilité des éléments bore et silicium dans leurs phases nitrure et carbure, ce qui amène une grande fiabilité mécanique et une bonne stabilité thermique. Ces dernières années, la voie « polymères précéramiques » est devenue la plus intéressante pour la préparation des ce type de céramiques avancées. En utilisant la thermolyse de polymères, une large variété de céramiques dérivées de polymères précéramiques peut être produite à partir de précurseurs moléculaires, en contrôlant la structure de l'unité monomérique, la polymérisation et la procédure de thermolyse. Notamment la thermolyse directe des polymères est une voie compatible avec plusieurs types de techniques de mise en forme, entre autres l'infiltration ou le filage, qui offrent la possibilité de réaliser structures et objets avec des formes complexes avec une approche simple et à faible coût. La première génération de fibres SiBCN a été obtenue à partir du polymère de type [B(C2H4SiCH3NCH3)3]n. Celle-ci présentait de bonnes propriétés mécaniques et une bonne stabilité thermique. Ce manuscrit présente une étude sur le développement de ce type de polymères, en particulier l'optimisation du filage et de la qualité de fibres à travers la modification des voies de synthèse et des traitements de thermolyse. De plus, une élaboration de nouveaux précurseurs moléculaires est développée afin de produire une nouvelle génération de fibres SiBCN / Boron-based ceramic materials in the quaternary Si-B-C-N system are of great interest because of their covalent bonding and the poor mobility of boron and silicon elements in their respective nitride and carbide which both provide mechanical reliability and high temperature stability. In recent years, the PDCs route became of increasing interest for the preparation of such advanced ceramics. Using the general polymer thermolysis route, a large variety of net-shaped polymerderived ceramics can be built up from molecular units and shaped by controlling the structure of the molecular units as well as the polymerization and thermolysis procedures. Interestingly, the direct polymer thermolysis route makes polymers compatible with many shaping techniques such as infiltration or melt-spinning offering the opportunity to realize complex shapes/structures in a simple and cost-efficient way.The first generation of such fibers obtained from a polymer type [B(C2H4SiCH3NCH3)3]n showed good mechanical properties and thermal stability. This document is about the development of such a polymer in order to optimize spinnability and fibers quality throught synthesis modification and thermolysis treatments. Moreover, design of new preceramic polymers is investigate to produce a new generation of SiBCN fibers

L'homogénéité des caractéristiques est garantie par une présence en fibres constante en tout point du matériau. La dispersion d'une espèce dans une autre est régie par des mécanismes de convection et/ou de diffusion. Pour des objets de la taille d'une fibre métallique, ces deux phénomènes trouvent leur origine dans le cisaillement appliqué au matériau, une donnée souvent inconnue et difficile à mesurer dans des malaxeurs à béton. Dans un premier temps, nous proposons une méthode permettant d'estimer l'efficacité d'un malaxeur. Elle est basée sur la mesure du diamètre moyen de granules de ciment fabriqués dans ce malaxeur. Nous montrons que la mesure de ce diamètre moyen permet de quantifier le cisaillement moyen. Dans un second temps, nous présentons un moyen de mesurer la dispersion des fibres pendant le malaxage des bétons à base de mesures de résistivité électrique. Puis, dans un troisième temps, nous mesurons la présence en fibres pendant le malaxage et relions le temps nécessaire à l'obtention d'une répartition homogène à la capacité de cisaillement du malaxeur / Fibers are added to the concrete to give it news properties. The homogeneity of these characteristics is assured by a constant presence of fiber as the whole material. The dispersion of one species within another is governed by convection and/or diffusion mechanisms. Concerning objects having the size of steel fiber, these two phenomena are caused by the shearing applied to the material, an unknown and difficult to measure datum in the case of concrete mixer. To begin, a method allowing to estimate the mixer's shearing is suggested. This method is based on the measurement of the medium diameter of cement aggregates produced in the mixer. The link between the medium diameter and the mean shearing is established. In a second time, a mean to measure fiber dispersion from electrical resistivity measurements during the concrete mixing is presented. Then, in a third time, fiber dispersion are measured during mixing. The link between necessary time to obtain an homogeneous distribution and the mixer's shearing ability is established

L'utilisation des composites biosourcés dans des applications extérieures pour le génie civil pose le problème de leur durabilité dans les conditions d'utilisation, en raison de la forte hydrophilie des fibres naturelles. En effet, le comportement de ces composites en présence d’eau et d’humidité ou face aux contraintes thermiques et agressions biologiques est mal connu. L’objectif de cette thèse est d’étudier, par des analyses multi-échelles, la réversibilité des évolutions des propriétés de composites à matrice polyéthylène renforcée par des fibres courtes de lin. Pour ce faire, des cycles humidification/séchage ont été réalisés lors de vieillissement hydro et hygrothermiques, à 30 et 80°C. L’influence du taux de fibres et de la qualité de l'interface sur l’évolution de ces propriétés a été évaluée. De même, une étude de l’impact du développement microbien sur les composites a été réalisée pendant 6 mois. Après une caractérisation initiale des matériaux, les évolutions des caractéristiques cinétiques de coefficients de diffusion et de prise de masse au cours des vieillissements ont été évaluées. Ainsi, deux phénomènes antagonistes semblent gouverner l'évolution du coefficient de diffusion des composites. Dans un second temps, la caractérisation mécanique de ces composites au cours du vieillissement a permis d'identifier les phénomènes mis en jeu. Les évolutions du module mécanique à 30°C sont réversibles après séchage et sont attribuées à une plastification des microfibrilles de cellulose. Ces chutes s'accentuent et deviennent irréversibles à 80°C, mettant en évidence des dégradations plus importantes des matériaux. Dans un troisième temps, le phénomène de dégradation biologique de ces matériaux a été étudié. Il a été vérifié que les microorganismes sont responsables de consommation sélective de composants de fibres de lin et que leur croissance est favorisée par le taux de fibres dans le composite / The use of bio-based composites in outdoor applications for civil engineering raises the issue of their sustainability in service. This is mainly due to the highly hydrophilic character of natural fibers. Indeed, the behavior of these composites in a wet environment or under thermal and biological constraints is not well known. The main objective of this study is to get a better understanding of the reversibility of bio-based composites properties. Therefore, wetting/ drying cycles were performed on polyethylene/short flax fibre composites under hydro and hygrothermal ageing at 30 and 80°C. The influence of the fiber content and the interface quality on the mechanical properties was monitored. Moreover, a 6 months study of a microbial growth impact on these composites was carried out. A characterization of the non-aged materials was conducted first. Then, the kinetic parameters such as the water diffusion coefficient and the weight changes due to ageing were determined. Two competing mechanisms seem to affect the diffusion coefficient. The mechanical characterization of these composites during aging has enabled the identification of the aging mechanisms. Changes in the mechanical modulus at 30°C were mostly reversible after a drying cycle and were associated with a plasticizing effect of the water molecules on the cellulose microfibrils. The property losses increase and become irreversible at 80°C, which indicates a higher degradation of the composites. Finally, the biological degradation of these materials has been studied. It was verified that selective consumption of flax fiber components by microorganisms occurs, and that their growth is favored by the fiber content in the composite