Pour répondre à la demande croissante de bois et pour préserver les forêts primaires, les méthodes de sylviculture les plus dynamiques ont été privilégiées de manière générale sur la planète.. Les objectifs de la recherche étaient 1) déterminer le point de démarcation/ âge de transition entre le bois juvénile et le bois mature sur sengon (Falcataria moluccana), jabon(Anthocephalus cadamba Miq.), peuplier (Populus sp) et douglas (Psedotsuga menziesii); 2) analyser l'effet de la juvénilité sur un fissuration cyclique, la rugosité et de mouillage; 3) analyser l'effet de la fissuration cyclique et juvénilité sur la résistance à l'adhérence de la colle et les propriétés mécaniques du LVL en flexion; et 4) appliquer un nouveau modèle analytique pour estimer la variation du module d'élasticité du lamibois (sengon et jabon) depuis la moelle vers l'écorce. A partir de la longueur des fibres, le point de démarcation entre le bois juvénile et le bois mature ont été estimés. Pour les essences sengon and jabon, les placages obtenus à partir du cœur des arbres, réputés juvéniles, sont plus fissurés plus rugueux et avec une haute mouillabilité comparativement à ceux obtenus à partir du bois près de l’écorce (plus mature). Une phase d’étuvage préliminaire des bois dans un bain d’eau chaude à 75°C pendant 4 heures a permis d’améliorer sensiblement la qualité des placages en diminuant la fissuration, la rugosité et s’accompagne d’une augmentation de la mouillabilité. La résistance à l'adhérence de la colle, et les modules élastiques et de rupture spécifiques (SMOE et SMOR) du LVL (jabon et sengon) diminuent à mesure que la fréquence de fissure augmente ou en partant de l'écorce vers la moelle. L'avantage de l'utilisation de placages en peuplier de bois mature a été prouvé avec une amélioration de 15 à 20% en moyenne pour les propriétés mécaniques, pour un poids de panneau comparable. Pour le douglas, l'utilisation de placages de bois mature dans la constitution des panneaux de LVL permet également d’améliorer les performances en flexion (de 7 à 22 % sur el MOR). Le modèle analytique a été utilisé afin de prédire les variations du module élastique allant de la moelle à l’écorce. Il permet à partir d’un grand nombre de combinaisons d’estimer le potentiel issu d’une ressource donnée. Pour le contexte de l’étude qui représente bien le potentiel sylvicole de l’Indonésie, la proportion de bois juvénile étant quasi-totale (100%), l’action de trier les placages n’est pas apparue comme pertinente. / The development of plantation and community forest to meet wood demand in society has produced fast growing wood species. The research objectives were 1) to determine demarcation point/transition age between juvenile and mature wood on sengon (Falcataria moluccana), jabon (Anthocephalus cadamba Miq.), poplar (Populus sp) and douglas fir (Psedotsuga menzii); 2) to analyze the effect of juvenility on lathe check, surface roughness and wettability; 3) to analyze the effect of lathe check and juvenility on glue bond strength and laminated veneer lumber (LVL) bending properties; and 4) to apply a new analytical model to determine the variation of specific MOE LVL values of sengon and jabon from pith to bark. Based on fiber length trait, the demarcation point between juvenile and mature wood were approximately at segmented rings 17th (sengon) and at segmented ring 24th (jabon). While, transition age of poplar cultivars and douglas-fir, transition age happened approximately at 12 years old and 18 years old, respectively. The results showed that wood near pith on sengon and jabon resulted veneers with higher lathe check, rougher surface and high wettability, while wood near bark resulted veneers with lower lathe check, smoother surface and low wettability. Glue bond strength, Specific MOE (SMOE) and Specific MOR (Modulus of Rupture) of sengon and jabon LVL were decreased as the frequency of lathe check increased or those strength values increased from pith to bark. The advantage of using poplar veneers from mature wood was proved with an improvement of 15 to 20% on average for mechanical properties, while for douglas-fir, was 7 to 22%. An analytical model was used to predict the variation of the LVL mechanical characteristics using different scenarios. According to the context of this study assumed to be close to the Indonesian resource there is no need to sort veneers since most of the tree is juvenile wood for logs no older than 7.

Dans les arts plastiques, le concept de la beauté doit être associé aux techniques sous-jacentes. L'artiste doit choisir et maîtriser ces techniques afin de les appliquer à l'art en vue d'atteindre les résultats esthétiques visés. Une approche scientifique de ces techniques a un rôle important dans l'amélioration de leur application dans les arts plastiques. Les céramiques et poteries sont un domaine complexe où les réactions chimiques et les propriétés physiques des argiles et des glaçures doivent être prises en compte. Dans ce domaine l'histoire de la science était un guide utile dans une telle recherche. Pour les céramiques, les réactions chimiques se produisant à la phase haute température du processus de cuisson déterminent essentiellement l'aspect final de la surface du produit. En conséquence, changer les conditions de ces réactions (profils de température, la nature de l'atmosphère du four) était une bonne méthode pour obtenir de nouveaux aspects de surface. L'atmosphère du four pendant et après la cuisson permettait de contrôler, dans une large mesure, l'aspect final des produits céramiques, et cela dépend à la fois de la conception et de la mise en place du four. L'étude de l'histoire des techniques céramiques, dans différentes civilisations, a conduis à un aperçu des techniques de cuisson. La compréhension scientifique de ces techniques a mené à des stratégies en vue de modifier la conception du four et la pratique de la cuisson. / In Plastic arts; with the concept of beauty there are also techniques, artists choose between these techniques for apply art works matching with aesthetic viewpoint. As well as science have important role in improved applied arts and fine arts techniques. In ceramics and pottery we are confronted with the chemicals reactions and physical properties of clay and glaze which have deep roots in human history, so history techniques will guide us in this research. In ceramic, chemical reactions need high temperature as condition to exist (Firingprocess), and that have main role in determined final appearance of surface treatments for ceramics forms. When the chemical reactions and physical properties which happen in firing process are responsible of final appearance and aesthetics treatments of ceramics forms, the changing of reactions conditions was used for achieving new treatments for ceramic surface beauty. The atmosphere of kiln during and after firing process whom decide the final appearance for ceramics forms, presented as technique for modifying kiln structure as afactor of enriching aesthetics treatments for ceramic surface. The history and science of ceramics techniques in some civilizations was studied to understand some firing techniques and its roles in ceramic surface esthetics. These provided evidence with experimental study to design a new kiln which can be used as a tool to enrich ceramics forms aesthetically

Il n'existe pas de nos jours une approche modélisatrice satisfaisante de la fissuration des structures en béton de grandes dimensions, capable d'apporter à la fois des informations sur son comportement global et local. Il s'agit pourtant d'un enjeu important pour la maîtrise de la durée de vie des structures, qui s'inscrit pleinement dans le cadre du développement durable. Nous introduisons ainsi une nouvelle approche pour modéliser le processus de fissuration dans les grandes structures en béton armé, comme les barrages ou les centrales nucléaires. Pour ces types de structures, il n'est pas raisonnable, en terme de temps de calcul, de modéliser explicitement les armatures et l'interface acier-béton. Néanmoins, l'accès aux données sur la fissuration est impératif pour les problèmes d'analyse structurelle et de diffusion. Nous avons donc développé un modèle de fissuration macroscopique probabiliste basé sur une stratégie de simulation multi-échelles afin d'obtenir de linformation sur la fissuration dans la structure, sans avoir besoin d'utiliser des approches locales. La stratégie est une sorte de processus multi-étapes qui reprend toute la modélisation de la structure dans le cadre de la méthode des éléments finis, du maillage, à la création de modèles et l'identification des paramètres. Le coeur de la stratégie est inspiré des algorithmes de régression (apprentissage supervisé): les données à l'échelle locale | base de données d'apprentissage associées à la connaissance pratique du problème mécanique | aident à formuler le modèle macroscopique. L'identification des paramètres du modèle macroscopique probabiliste dépend du problème traité car elle contient des informations sur le comportement local, obtenues en avance à l'aide de l'expérimentation numérique. Cette information est ensuite projetée à l'échelle des éléments finis macroscopiques par analyse inverse. L'expérimentation numérique est réalisé avec un modèle validé de fissuration du béton et d'un modèle d'interface acier-béton, ce qui permet une description détaillée des processus de fissuration. Bien que la phase d'identification puisse ^etre relativement longue, le calcul structurel est ainsi très efficace en terme de temps de calcul, conduisant à une réduction importante du temps de calcul global, sans perte d'information / précision sur résultats à l'èchelle macroscopique / No modeling approach exists nowadays that can provide reliable information about the cracking process in large/complex reinforced concrete structures. However, this is an important issue for controlling the lifespan of structures, which is at the heart of the principal of sustainable development. In this work we introduce a new approach to model the cracking processes in large reinforced concrete structures, like dams or nuclear power plants. For these types of structures it is unreasonable, due to calculation time, to explicitly model the rebars and the steel-concrete bond. Nevertheless, access to data about the cracking process is imperative for structural analysis and diffusion problems. So in order to draw the information about cracking in the structure, without resorting to the use of local approaches, we developed a probabilistic macroscopic cracking model based on a multi-scale simulation strategy. The strategy is a sort of a multi-steps process that takes over the whole modelization of the structure in the framework of the finite element method, from meshing, to model creation, and parameter identification. The heart of the strategy is inspired from regression (supervised learning) algorithms: data on the local scale | the training data coupled with working knowledge of the mechanical problem | would shape the macroscopic model. The probabilistic macroscopic model's identification is case-specific because it holds information about the local behavior, obtained in advance via numerical experimentation. This information is then projected to the macroscopic finite element scale via inverse analysis. Numerical experiments are performed using a validated cracking model for concrete and a bond model for the steel-concrete interface, allowing for a fine description of the cracking processes. Although the identification phase can be relatively time-consuming, the structural simulation is as a result, very time-efficient, leading to a sensitive reduction of the overall computational time, with no loss in information/accuracy of results on the macroscopic scale

Des tests de fissuration ont été réalisés sur des joints collés asymétriques. Ces assemblages asymétriques sont constitués de deux substrats de nature et/ou d’épaisseur différentes liés par un adhésif. Cette géométrie d’éprouvette semble peu utilisée pour effectuer des essais de fissuration. Elles présentent certains inconvénients et de ce fait n’ont fait l’objet d’aucune normalisation. Dans le cadre cette géométrie d’éprouvette d’essai a été néanmoins été retenue et utilisée dans trois configurations différentes pour la caractérisation mécanique des assemblages collés. Des protocoles d’essai et les schéma d’analyse associés ont été définis pour des essais de fissuration à vitesse de déplacement imposé (CRT : Constant Rate Test), à force imposée (CFT : Constant Force Test) ainsi qu’à déplacement imposé (CDT : Constant Displacement Test). Les analyses ont pu être étalonnées au moyen d’un étau matérialisant artificiellement la position d’un fissure. De nombreuses configurations ont été étudiées à l’occasion de ce travail tant du point de vue des adhésifs utilisés (epoxy, cyanoacrylate, acrylic mastic, PSA) que du point de vue des substrats encollés (alliage d’aluminium, composite à matrice organique, polycarbonate). Ces nouveaux tests s’avèrent prometteurs car ils permettent de suivre de façon continu et précision la propagation de fissure au sein de la liaison. En outre, l’analyse des déformations mesurées par extensométrie lors d’essai réalisés à déplacement imposé (CDT) permet un suivi précis de la réponse de la couche adhésive dans la zone contrainte et d’estimer la taille de cette dernière, y compris lorsque la colle est dans un état métastable. Un autre résultat important de ce travail concerne l’analyse de la modification du front de fissure celle-ci voit une diminution de l’adhésion entre les deux substrats. Enfin, un calcul plus précis du taux de restitution d’énergie a été proposé pour prendre en compte le caractère élastique de la couche adhésive, mais permettant aussi de mieux appréhender la redistribution des contraintes dans la colle, et ainsi mieux interpréter les essais mécaniques réalisés. Des analyses par Microscopie à Force Atomique (AFM) ainsi qu’au microscope électronique à balayage (MEB) ont été effectués sur les substrats encollés pour évaluer l’impact des traitements de surface. Des simulations numériques par la method des éléments finis ont été réalisées pour determiner l’état de contrainte dans nos éprouvette d’essai et ainsi expliquer la courbure du front de fissure et les faciès de rupture observés. Les nouvelles configurations expérimentales décrites dans ce manuscript nous paraissent prometteuses car elle offrent une amelioration très significative en terme de fiabilité et précision comparativement aux tests présentés habituellement pour ce type de travaux. / Adhesion was studied in asymmetric bonded joints using fracture mechanics tests. The asymmetric bonded joints consist of two different type and/or thickness materials bonded by an adhesive. Mentions of asymmetric bonded joint tests employed so far are rare in the literature. They are imperfect and therefore are not standardized. Accordingly three new tests were introduced in this work to study bonded joints. The new metrological routines and models were built for the CRT (Constant Rate Test), CFT (Constant Force Test) and the CDT (Constant Displacement Test). The routines were validated with the new Artificial Crack Tip test developed in this thesis. Different bonded systems were examined: the adhesives - epoxy, cyanoacrylate, acrylic mastic, PSA; the bonded adherends - aluminium alloys, CFRP composites and polycarbonate. The results obtained in the new tests are very promising in terms of the accuracy and continuous observation of crack kinetics. In addition it was found that the novel strain gauge technique, introduced in the CDT, test allows precise joint monitoring when the adhesive is in a metastable state and a precise estimation of process zone. Another interesting achievement of this work was describing the phenomenon of double crack curvature in the vicinity of the strong – weak adhesion transition zone. The next achievement was derivation of the strain energy release rate from the elastic foundation model, which gives better understanding of the mechanics and the measurements behind adhesive bonding. Atomic Force Microscope (AFM) and Scanning Electron Microscope (SEM) studies were made of the bonded substrates to estimate the surface treatment effects. The stress state in asymmetric geometry was studied using finite element analysis (FEA), which explained the formation of the curved crack front and the origin of river patterns. The new tests developed in this study appear promising since they offer accurate and reliable results for the materials tested. / W pracy przedstawiono wyniki badan asymetrycznych zlaczy adhezyjnych z wykorzystaniem prób mechaniki pekania. Asymetryczne zlacza klejone powstaja przez polaczenie dwóch dowolnych materialów, o innym wskazniku na zginanie, za pomoca kleju. Zaproponowano trzy nowe metody eksperymentalne dla których zaprojektowano i zbudowano stanowiska badawcze. Poprawnosc modeli fizycznych i matematycznych wykorzystanych do interpretacji badanych zjawisk potwierdzono wykorzystujac opracowana w pracy próbe ze sztucznym frontem pekniecia. Próby przeprowadzono na zlaczach klejonych wykorzystujac kleje: epoksydowe, cjanoakrylowy, typu Mastic i PSA, laczonymi materialami byly: stopy aluminium, kompozyt weglowy oraz poliweglan. Wyniki badan uzyskane przy wykorzystaniu nowych metod wskazuja na ich pewnosc i dokladnosc, dodatkowo umozliwiaja ciagla obserwacje propagujacego pekniecia. Nowa metoda pomiaru parametrów mechaniki pekania oparta na pomiarach tensometrycznych zostala z powodzeniem zastosowana do zlaczy w których klej znajduje sie w stanie metastabilnym. W pracy zaobserwowano i przeanalizowano zjawisko powstawania podwójnego frontu pekniecia na granicy osrodków o róznych silach adhezji, dotad nie opisanego. Po raz pierwszy wyprowadzono równanie szybkosci uwalniania energii sprezystej wykorzystujac model belki na sprezystym podlozu, co umozliwia lepsze zrozumienie zachowania sie zlaczy klejonych. Przeprowadzone badania z uzyciem mikroskopii sil atomowych (AFM) oraz skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM) umozliwily ocene efektów obróbki powierzchniowej stopów aluminium. W pracy dokonano analizy naprezen w asymetrycznych zlaczach adhezyjnych z wykorzystaniem metody elementów skonczonych (FEM). Analiza FEM pozwolila na wyjasnienie zjawiska powstawania zakrzywionego frontu pekniecia w badanych przelomach. Zaproponowane nowe metody badan zlaczy asymetrycznych zapewniaja dokladnosc i pewnosc pomiaru dla materialów wykorzystanych w badaniach.

Il est bien connu que l'évaporation d'eau joue un rôle essentiel dans l'interaction entre le sol et l'atmosphère. Pendant le processus d'évaporation, le comportement thermo-hydro-mécanique des sols change, engendrant ainsi des problèmes préoccupants. Ceci peut concerner différents domaines comme l'agronomie, l'hydrologie, la science des sols, la géotechnique, etc. Par conséquent, il est essentiel d'étudier les mécanismes d'évaporation de façon approfondie. Cette étude porte sur les mécanismes d'évaporation dans des conditions atmosphériques contrôlées. Le sable de Fontainebleau et l'argile d'Hércourt utilisée pour la construction du remblai expérimental dans le cadre du projet ANR TerDOUEST (Terrassements Durables - Ouvrages en Sols Traités, 2008-2012) ont été étudiés à cet effet. Une chambre environnementale (900 mm de haut, 800 mm de large et 1000 mm de long) équipée de différents capteurs a d'abord été développée, permettant un suivi complet des paramètres concernant l'atmosphère et le sol au cours d'évaporation. Quatre essais expérimentaux ont été réalisés sur le sable de Fontainebleau compacté à une densité sèche de 1,70 Mg/m3, avec une nappe phréatique constante au fond de l'échantillon, et sous différentes conditions atmosphériques (différentes valeurs de l'humidité relative de l'air, de la température et du débit d'air). La pertinence du système a été mise en évidence par la bonne qualité des résultats. La température de l'air à l'intérieur de la chambre a été trouvée affectée par la température du tube de chauffage, le débit d'air et l'évaporation d'eau; la température du sol est fortement affectée par les conditions atmosphériques et l'état d'avancement de l'évaporation ; l'humidité relative dans la chambre diminue au cours du temps et son évolution peut être considérée comme un indicateur du processus d' évaporation ; la teneur en eau volumique dans la zone proche de la surface est fortement influencée par le processus d'évaporation et présente une relation linéaire avec la profondeur ; la succion du sol diminue avec la profondeur et augmente au fil du temps ; le taux d'évaporation est fortement affecté par les conditions de l'air en particulier dans la phase initiale de vitesse d'évaporation constante. Après les essais sur le sable de Fontainebleau, l'échantillon de l'argile d'Hércourt compactée à une densité sèche de 1,40 Mg/m3 a été soumis à une infiltration d'eau afin d'étudier ses propriétés hydrauliques. Pour obtenir un meilleur aperçu du mécanisme d'évaporation pour l'argile, deux essais d'évaporation sur l'argile d'Hércourt compactée avec une nappe phréatique constante au fond de l'échantillon ont été effectuées sous des conditions atmosphériques contrôlées. Les résultats permettent de comprendre les mécanismes d'évaporation en cas de fissuration due à la dessiccation. En outre, afin d'étudier les mécanismes d'évaporation potentiels, des essais avec une couche d'eau libre ont été également réalisés en faisant varier la vitesse du vent et la température de l'air. L'initiation et la propagation de fissures de dessiccation pendant le processus d'évaporation et son effet sur l'évaporation ont également été étudiés par la technique de traitement d'image. En termes de modélisation, le taux d'évaporation potentiel a été modélisé à travers l'évaluation des modèles existants et des modèles combinés. Il apparait que le modèle développé par Ta (2009) est le plus approprié. Le taux d'évaporation réelle depuis le sable a été ensuite analysé. Il semble important de considérer l'avancement du front sec pendant le processus d'évaporation pour les sols sableux. Pour l'argile d'Héricourt, une bonne prévision a été également obtenue en utilisant un modèle qui tient compte de l'effet des fissures de dessiccation / As a well-known phenomenon, soil water evaporation plays an important role in the interaction between soil and atmosphere. Water evaporates during this process resulting in changes of soil thermo-hydro-mechanical behavior and in turn causing problems in different domains such as agronomy, hydrology, soil science, geotechnical engineering, etc. Therefore, it is essential to investigate the soil water evaporation mechanisms in depth.This study deals with the soil water evaporation mechanisms under controlled atmospheric conditions. The Fontainebleau sand and the Hércourt clay used for the construction of the experimental embankment with the ANR project TerDOUEST (Terrassements Durables - Ouvrages en Sols Traités, 2008 - 2012) were used in this investigation. A large-scale environmental chamber system (900 mm high, 800 mm large and 1000 mm long) equipped with various sensors was firstly developed, allowing a full monitoring of both atmospheric and soil parameters during the evaporation process. Four experimental tests were carried out on the Fontainebleau sand compacted at 1.70 Mg/m3 dry density with a steady water table at soil bottom under different atmospheric conditions (different values of air relative humidity, temperature and air flow rate). The performance of the environmental chamber system in investigating soil water evaporation was evidenced by the quality and the relevance of results. The air temperature inside the chamber was found to be affected by the heating tube temperature, the air flow rate and the soil water evaporation process; the soil temperature was strongly affected by the air conditions and the evaporation progress; the relative humidity in the chamber was decreasing during the evaporation progress and its evolution could be considered as an indicator of the evaporation progress; the volumetric water content in the near-surface zone was strongly affected by the evaporation process and exhibited a linear relationship with depth; the soil suction was decreasing over depth and increasing over time; the evaporation rate was strongly affected by the air conditions especially at the initial constant evaporation rate stage. After the tests on the Fontainebleau sand, the Hércourt clay sample compacted at 1.40 Mg/m3 dry density was subjected to an infiltration experiment for investigating its hydraulic properties. To get a better insight into the water evaporation mechanism for clay, two compacted Hércourt clay evaporation tests with a steady water table at bottom were carried out under controlled atmospheric conditions. The results allow understanding the evaporation mechanisms in case of desiccation cracks. Furthermore, in order to investigate the potential evaporation mechanisms, tests with a free water layer was also conducted with varying wind speed and air temperature. The initiation and propagation of desiccation cracking during the evaporation process and its effect on water evaporation were also investigated by the digital image processing technique. In terms of modeling, the potential evaporation rate was first modeled through evaluation of the existing models and the combined models. It reveals that the model developed by Ta (2009) is the most appropriate one. The actual evaporation rate for sand was then analyzed. It appears important to consider the progress of the dry front during the evaporation process for sandy soils. For the Héricourt clay, good simulation was also obtained using a model that accounts for the effect of desiccations cracks

En situation d’interaction pastille-gaine (IPG), les gaines de crayons combustible en alliage de zirconium sont susceptibles de rompre lors de transitoires de puissance incidentels dans les réacteurs à eau pressurisée, par un mécanisme de corrosion sous contrainte induite par l’iode (CSC-I). Cette étude traite de l’amorçage intergranulaire des fissures de CSC-I dans le Zircaloy-4 recristallisé, en milieu méthanol iodé à température ambiante, en s’intéressant particulièrement aux paramètres mécaniques critiques et à la concentration en iode. Pour cela, une approche mêlant expériences et simulations numériques a été adoptée. Un modèle de comportement mécanique macroscopique de l’alliage, viscoplastique et anisotrope, a été établi et validé sur une large gamme de sollicitations. Par la réalisation de nombreux essais de traction à vitesse de déformation imposée et de fluage en flexion quatre points, nous avons montré l’existence d’une concentration seuil I0 proche de 10-6 g.g-1 nécessaire à l’apparition du dommage de CSC-I, mais également celle d’une concentration de transition I1 proche de 2 10-4 g.g-1 au-delà de laquelle le mécanisme change, menant à un amorçage anticipé des fissures et une sensibilité réduite de l’endommagement aux paramètres mécaniques. L’importance de la concentration sur des paramètres tels que la densité des fissures, leur longueur moyenne et la vitesse de propagation intergranulaire et transgranulaire a été mise en évidence. Les résultats expérimentaux montrent que la déformation plastique macroscopique n’est pas indispensable à l’amorçage de fissures de CSC-I, pour un temps d’essais suffisamment long en présence de contrainte. Son principal effet est de précipiter l’apparition de fissures par la création de sites d’amorçage, par rupture de la couche d’oxyde et accumulation de contrainte intergranulaire. En dessous de I1 la détermination des déformations critiques à l’amorçage montre un fort effet de vitesse. Dans ce domaine, une contrainte seuil de 100 MPa a été déterminée, bien inférieure à la limite élastique. L’utilisation d’éprouvettes entaillées et de la simulation numérique a permis de mettre en évidence un fort effet protecteur de l’augmentation de la biaxialité des contraintes vis-à-vis de l’amorçage, dans le domaine élastique comme dans le domaine plastique. Des éprouvettes préalablement irradiées aux protons à une dose de 2 dpa ont été testées dans les mêmes conditions que les éprouvettes non irradiées. La sensibilité accrue du matériau irradié à la CSC-I a pu être quantifiée et nous avons constaté qu’un effet de concentration et un effet de vitesse de sollicitation subsistent après irradiation. L’irradiation induit une localisation plus importante de la déformation menant à un amorçage prématuré des fissures, mais une sensibilité chimique plus importante, tendance à la piquration et décalage de I1, apparaît comme le principal responsable de la plus forte sensibilité de l’irradié. / During the pellet-cladding interaction, Zirconium-alloy fuel claddings might fail when subjected to incidental power transient in nuclear Pressurized Water Reactors, by Iodine-induced Stress Corrosion Cracking (I-SCC). This study deals with the intergranular initiation of I-SCC cracks in fully recrystallized Zircaloy-4, in methyl alcohol solution of iodine at room temperature, with the focus on critical mechanical parameters and iodine concentration. It was carried out with an approach mixing experiments and numerical simulations. An anisotropic and viscoplastic mechanical behavior model was established and validated over a wide range of loadings. With numerous constant elongation rate tensile tests and four points bending creep tests, the existence of a threshold iodine concentration I0 close to 10-6 g.g-1 was highlighted, necessary to the occurrence of I-SCC damage, along with a transition concentration I1 close to 2 10-4 g.g-1. Above I1 the mechanism changes, leading to a sped up crack initiation and a loss of sensitivity towards mechanical parameters. The importance of concentration on parameters such as crack density, crack average length and intergranular and transgranular crack velocities was evidenced. Experimental results show that plastic strain is not required for I-SCC crack initiation, if the test time is long enough in the presence of stress. Its main influence is to rush the occurrence of cracking by creating initiation sites, by way of breaking the oxide layer and building up intergranular stress. Below I1, the critical strains at initiation show a substantial strain rate sensitivity. In this domain, a threshold stress of 100 MPa was found, well below the yield stress. Thanks to the combined use of notched specimens and numerical simulations, a strong protective effect of an increasing stress biaxiality ratio was found, both in the elastic and plastic domains. Proton-irradiated samples, up to a dose of 2 dpa, were tested in the same conditions as fresh specimens. The higher I-SCC sensitivity of the irradiated material was measured and the effects of concentration and strain rate were found to remain. Irradiation leads to a higher strain localization causing early crack initiation, but the main reason for the higher sensitivity of the irradiated material seems to be a chemical one, with higher pitting occurrence and a shift of I1.

La conception de réservoirs composites sans liner pour les lanceurs spatiaux nécessite d’étudier la relation entre endommagement et perméabilité dans les matériaux composites stratifiés pour proposer des solutions répondant à la fois aux critères fonctionnels de résistance et de taux de fuite. L’objectif de cette étude est de fournir une description pertinente de l’évolution de l’endommagement à l’échelle mésoscopique (i.e. à l’échelle du pli) et des réseaux de fissures en résultant afin de prédire l’apparition de fuites à travers les composites stratifiés. Pour ce faire, la démarche mise en œuvre combine modélisation de l’évolution de l’endommagement et essais mécaniques et de perméabilité. Dans un premier temps, des procédures expérimentales spécifiques s’appuyant sur des observations par microscopie optique et par microtomographie sous chargement de traction sont proposées pour caractériser les interactions et l’agencement entre les endommagements des différents plis en termes de seuil de fissuration, de longueur et de position relative des fissures mésoscopiques. Ensuite, pour caractériser la percolation des fissures qui transforme des réseaux de fissures en chemins de fuite, une méthode de mesure de la perméabilité et deux dispositifs expérimentaux sont proposés pour réaliser des mesures de perméabilité sur des tubes sous chargement mono-axial d’une part et bi-axial proportionnel ou non d’autre part. Pour les deux chapitres expérimentaux, des résultats obtenus pour différents stratifiés carbone époxy mis en œuvre par placement de fibres automatisé sont présentés. Enfin, un modèle d’endommagement multi-échelles basé sur les énergies de fissurations est introduit pour décrire les cinétiques des endommagements mésoscopiques, et des pistes de réflexion pour le développement d’un méso-modèle de prédiction des densités de points de fuite sont données. / The design of liner-less composite pressure vessels for spatial launchers requires studying the relation between damage and permeability in laminates in order to offer solutions which fulfill strength and leak rate requirements. This study aims at providing a relevant description of damage growth and the resultant network at the meso-scale for leakage prediction. To do so, damage growth modelling is coupled with mechanical and permeability characterization. Two mains issues are addressed: crack network formation, by characterizing and modeling the growth and organization of cracks, and percolation and its effects on permeability, which is addressed by permeability measurement and leak path quantification. Several experimental methods based on optical microscopy and micro-tomography observations under tensile loading are proposed. These methods aim at evaluating the damage interaction and pattern of different plies in terms of cracking threshold, cracks length and relative location. Besides, two experimental setups are proposed to assess permeability evolution and percolation of cracks in pipes submitted to mono-axial or bi-axial loading. The results obtained for several carbon epoxy laminates manufactured by Automated Fibre Placement (AFP) are presented. At last, a multi-scale damage model based on energy release rates and finite fracture mechanics is introduced and key issues for developing a damage meso-model dedicated to the prediction of leak path density are established.

Cette thèse avait pour objectif d’étudier les relations entre la microstructure de matériaux réfractaires et leurs propriétés thermomécaniques afin d’améliorer leur résistance aux chocs thermiques. En particulier, des modélisations numériques ont été réalisées afin de mieux comprendre la conception de la microstructure liée à des endommagements dus au différentiel de dilatation thermique. A cette fin, des résultats expérimentaux de matériaux simplifiés ont été utilisés comme référence pour l’approche numérique. Afin d’obtenir des résultats quantitatifs des phénomènes d’endommagement complexes, de nouveaux développements ont été apportés à une plate-forme de modélisation d’éléments discrets existante, nommée GranOO. Entre autre, une méthode de calibration direct des paramètres locaux ainsi une amélioration du concept de contrainte viriel ont été proposées. Ensuite, l’approche DEM a été appliquée afin de reproduire les endommagement thermiques lors du refroidissement des matériaux simplifiés et d’examiner leurs effets sur les propriétés apparentes. Les résultats obtenus de l’évolution du module de Young et du coefficient de dilatation thermique en fonction de température ont montré des tendances similaires avec les résultats expérimentaux. / The present thesis aimed at investigating the relationships between the microstructure of refractories and their thermomechanical properties in order to increase their thermal shock resistance. In particular, numerical modeling were carried out in order to better understand the design of microstructure involving damages due to thermal expansion mismatch during processing. For this purpose, experimental results on simplified materials were used as reference for this numerical approach. In order to obtain quantitative results of complex phenomena, new developments of an existing discrete element modeling platform, namely GranOO, were carried out. More specifically, direct calibration method of input parameters and improvement of virial stress concept were proposed. This DEM approach was then applied to reproduce thermal damages during cooling of simplified materials and to examine their effects on macroscopic properties. The obtained DEM results of evolution of Young’s modulus and thermal expansion coefficient as a function of temperature exhibited similar tendencies with experimental results

Dans le domaine de la construction, la détection automatisée et à distance de l’endommagementdes structures en béton est d’une importance capitale. En effet, lescontraintes économiques actuelles imposent une réduction des coûts de maintenancetandis que les impératifs en termes de sécurité et de qualité sont de plus en plus stricts.Dans le cadre de cette thèse, des transducteurs piézoélectriques intégrés sont utilisésafin de suivre en temps réel le comportement du béton. Ces transducteurs sont faitsde PZT, une céramique piézoélectrique particulièrement adaptée au suivi à l’aide d’ultrasonsde par ses faibles dimensions, son faible coût et la large bande de fréquenced’utilisation. Un système de monitoring ultrasonore à faible voltage et ultra rapide a étéentièrement conçu dans le cadre de cette thèse. Le système est basé sur des mesuresultrasonores bilatérales entre un émetteur et un récepteur. Le système d’acquisitiondes données développé permet d’atteindre jusqu’à 150 mesures par seconde et decalculer en temps réel un indice d’endommagement sur base des mesures effectuées.L’indice d’endommagement est basé sur la première partie de l’onde transmise (ondedirecte) plutôt que sur l’onde tardive. Le système a démontré qu’il est capable de détecterl’apparition de fissures dans le béton avant qu’elles ne soient visuellement apparenteset qu’il permet de suivre de suivre l’initiation de l’endommagement jusqu’à la rupturepour des mécanismes de fissuration très rapides, voire fragiles. Le fait d’intégrer lestransducteurs à l’intérieur de la structure permet potentiellement d’améliorer l’efficacitédes transducteurs ultrasonores à condition que les couches d’enrobage de l’élémentpiézoélectrique soient adéquatement choisis. Une partie importante du travail réaliséa été consacrée au développement d’une méthode innovante et fiable pour concevoirde nouveaux designs de transducteurs optimisés à la fois dans du béton frais ou durci.Nous avons choisi de tirer avantage du mode radial de vibration de disques piézoélectriquepeu coûteux au mode de vibration selon l’épaisseur. Ce dernier requiert en effetdes éléments plus épais ou des matériaux piézoélectriques composites plus coûteuxet dès lors peu appropriés à être intégré définitivement dans une structure en béton.Nous démontrons par ailleurs que les matériaux piézoélectriques composites à base dematériaux cimentaires qui sont abondamment étudiés semblent en réalité peu adaptés àêtre utilisés comme transducteurs ultrasonores, contrairement à des composites plusclassiques. Une attention particulière a été portée à comparer le fonctionnement destransducteurs externes et intégrés. Nous montrons par exemple que si les performancesdes transducteurs externes peuvent être améliorées sur base de la théorie d’adaptationde l’impédance acoustique, il en va tout autrement pour les transducteurs intégrés / Doctorat en Sciences de l'ingénieur et technologie / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les ouvrages de génie civil, imposants et uniques, sont majoritairement construits en béton armé ou précontraint. La durabilité, l'étanchéité et la sûreté sont primordiales lorsqu'il s'agit d'évaluer la performance d'un ouvrage. La fissuration est un phénomène majeur qui influence le comportement des ouvrages sous diverses sollicitations en terme de durabilité et de tenue structurale. Le développement de lois de comportement capables de décrire de manière robuste et efficace la réponse des matériaux quasi-fragiles sous sollicitations complexes représente encore aujourd'hui un paradigme qui suscite de nombreux travaux au sein de la communauté scientifique. L'objectif principal de ces travaux est le développement d'un modèle numérique capable de représenter explicitement la fissuration des éléments de structure en béton armé. La dégradation des structures en béton armé, caractérisée par un réseau de fissures anisotrope, est décrite par un modèle d'endommagement anisotrope fondé sur des fissures orientées. La cinématique du modèle est enrichie par un saut de déplacement de manière à représenter explicitement le développement de fissures dans le matériau. Ce saut de déplacement est identifié comme l'ouverture de fissure. Le modèle développé est validé sur des structures en béton présentant des mécanismes de ruine en mode I et mode mixte. Les performances du modèle sont illustrées via la simulation de structures en béton armé comme un voile en cisaillement soumis a un chargement cyclique. / Civil engineering buildings, massive and unique, are mostly made of reinforced or prestressed concrete. Sustainability, tightness and safety are the major pillars of a building's performance. Cracking is a major phenomenon which impacts the buildings' behaviour under different loadings in terms of sustainability and structural capacity. Development of numerical models which describe accurately the response of quasi-brittle materials under complex loading remains an important research topic for the scientific community. The objective of this work is the development of a numerical model which represents explicitly cracking of reinforced concrete structures. Concrete and reinforced concrete degradation process, characterised by the appearance of several anisotropic crack families, is described by means of an anisotropic damage model accounting for oriented crack families. The kinematics of this model is enriched with a displacement jump in order to reproduce the development of cracks in the material during loading. This displacement jump is identified as the crack opening. The developed model is validated on simulations of plain concrete structures exhibiting mode I as well as mixed-mode failure. The performances of the enriched model are shown by the simulation of reinforced concrete structures such as a shear wall submitted to cyclic loading.