L'objectif de ce travail est l'étude du comportement à la rupture d'un matériau fragile précontraint : le verre trempé. Pour la prédiction de la résistance du verre trempé, la connaissance de l'état de précontrainte tridimensionnel est indispensable. Dans le cas de l'utilisation du verre pour les structures du bâtiment (ce qui constitue la première application de ce travail), les éléments sont chargés dans leur plan ; le niveau de précontrainte sur la tranche doit être déterminé. La simulation du traitement de trempe (chauffage et refroidissement brutal) par le code aux éléments finis MARC permet de calculer les contraintes transitoires et résiduelles. Le verre est un matériau viscoélastique dont le comportement varie avec la température. Le verre est un matériau fragile. Sa résistance dépend directement de son état de surface, des défauts présents dans l'élément. Une analyse statistique permet de relier la probabilité de rupture au niveau de la contrainte appliquée, de prendre en compte l'effet de surface et l'effet de la distribution des contraintes. Des essais de flexion 4 points sur de petits éléments en verre recuit servent à déterminer les caractéristiques de la loi statistique utilisée (loi de Weibull). L'effet de la vitesse de chargement sur la résistance est mis en évidence et pris en compte dans la modélisation. Il est dû à la fissuration sous-critique des défauts préexistants pendant le chargement en raison de la réaction chimique entre le verre et la vapeur d'eau présente dans l'environnement. Des essais de flexion 4 points sur de grandes poutres en verre recuit permettent de valider la loi statistique pour prédire l'effet de volume dans le verre recuit. Grâce aux résultats des simulations de la trempe et à la connaissance des caractéristiques statistiques de rupture du verre recuit, la prédiction de la résistance de grands éléments en verre trempé est possible. Cette prédiction est validée par des essais de flexion 4 points sur de grandes poutres en verre trempé. Des essais similaires de longue durée sont programmés pour étudier l'évolution de la résistance du verre recuit et trempé dans le temps.

Une chambre environnementale a été développée pour étudier le comportement de l'interface sol-atmosphère durant l'infiltration et l'évaporation. Un volume d'environ un mètre cube d'argile verte de Romainville a été mis en place par compactage. Près de cent capteurs ont été utilisés pour assurer un suivi très large des paramètres du sol (succion, teneur en eau, température, gonflement à la surface) et de l'air (vitesse du vent, humidité relative, température). La température à la surface ainsi que la fissuration due au séchage ont été également suivies. Les mesures pendant la première phase d'humidification ont permis la détermination de la conductivité hydraulique en fonction de la succion et de la courbe de rétention d'eau du sol. La deuxième phase comporte quatre essais de séchage dont deux pour l'évaluation du taux d'évaporation potentiel PE et deux autres pour la détermination du rapport du taux d'évaporation réel AE au taux d'évaporation potentiel PE. Les résultats obtenus ont permis l'élaboration d'une nouvelle approche de calcul de PE, et le développement d'une nouvelle approche de calcul de AE en tenant compte de la fissuration en surface du sol.

A l’heure actuelle où la préservation de notre environnement est primordiale, les constructions en béton font intervenir de plus en plus des ciments comprenant des ajouts minéraux, tels que le laitier, les cendres volantes… En effet, la production des ciments composés permet de réduire le dégagement des gaz à effets de serre et de réutiliser des déchets industriels. Les bétons formulés à base de ciment au laitier de haut-fourneau (CEM III) sont également largement utilisés suite à leur bonne résistance aux réactions alcali-silices, à la diffusion des chlorures et aux attaques sulfatiques… Cependant, certains ouvrages construits avec ce type matériau ont présenté au jeune âge des problèmes de fissuration liés à la restriction de leurs déformations différées, telles que le retrait endogène, thermique et de dessiccation. Suite à cette observation, des essais préliminaires ont été réalisés au laboratoire du service BATir de l’Université Libre de Bruxelles. Ils ont mis en avant plusieurs caractéristiques du comportement de ces matériaux : 1. Lors du suivi du retrait restreint à l’aide de l’essai à l’anneau en condition de dessiccation, le béton formulé à base de ciment au laitier de haut-fourneau a fissuré bien avant le béton formulé à base de ciment Portland. 2. Le retrait total en condition libre du béton formulé à base de ciment au laitier de haut-fourneau est nettement supérieur à celui du béton formulé à base de ciment Portland. Cette différence de comportement est principalement due à l’accroissement rapide et plus élevé du retrait endogène des bétons formulés à base de ciment au laitier de haut-fourneau. Au vu de ces résultats expérimentaux, il a semblé intéressant de déterminer quel était l’impact de la déformation endogène des bétons formulés à base de ciments au laitier de haut-fourneau (CEM III) sur leur sensibilité à la fissuration. Afin de répondre à cette question, les déformations différées (retrait endogène, fluage propre en compression et en traction) au jeune âge de trois compositions de béton avec différentes teneurs en laitier (0, 42 et 71%) ont été étudiées expérimentalement en conditions libre et restreinte. Cependant, le suivi du retrait endogène libre et restreint a nécessité le développement de plusieurs dispositifs expérimentaux limitant au maximum les artefacts de mesure, tels que la TSTM (Temperature Stress Testing Machine). De plus, l’interprétation de ces résultats expérimentaux a également nécessité une caractérisation du comportement de ces matériaux à l’échelle macro- et microscopique. Finalement, cette étude a montré que malgré une déformation endogène plus élevée, les bétons formulés à base de ciment au laitier de haut-fourneau fissurent après le béton formulé à base de ciment Portland. Ce comportement est dû à : -l’impact du laitier sur la réaction d’hydratation du matériau cimentaire ; -la présence d’une expansion de la matrice cimentaire des bétons formulés à base de ciment au laitier de haut-fourneau au jeune âge qui retarde l’apparition des contraintes de traction au sein du matériau ; -la plus grande capacité de ces matériaux cimentaires à relaxer les contraintes de traction/ Today, the use of concretes with mineral additions (fly ash, slag) for civil engineering structures is spreading worldwide. Indeed, the production of blended cements is more respectful of the environment than the production of Portland cement, because it allows reducing greenhouse gas emissions and using industrial wastes. Slag cement concretes are also largely used for their good resistance to alkali-silica reactions, sulphate attacks and chloride diffusion. However, some of constructions built with slag cement concretes have exhibited cracking at early age due to their restrained deformations, such as thermal, autogenous and drying shrinkage. Following these observations, a preliminary experimental study was realized in the laboratory of BATir Department at ULB. It revealed several characteristics of the behaviour of slag cement concretes: 1. The study of restrained deformations under drying conditions by means of ring tests showed that the slag cement concretes seem more prone to crack than the Portland cement concretes; 2. The total free shrinkage for slag cement concrete is clearly larger than for Portland cement concrete. This difference of behaviour is mainly due to the fast and large increase in the autogenous deformation of the slag cement concrete. Following these experimental results, the effect of the autogenous deformation on the cracking sensibility of slag cement concretes seemed interesting to investigate. Their deformations (autogenous deformation, compressive and tensile basic creep) have been studied at early age for three concretes characterized by different slag contents (0, 42 and 71%) under free and restrained conditions. For monitoring free and restrained autogenous deformations, several test rigs aimed at limiting artefacts were designed, like the TSTM (Temperature Stress Testing Machine). Moreover, the behaviour of these concretes was also characterized by a study at a macro- and microstructure scale. Finally, this study shows that the slag cement concretes under sealed and fully restrained conditions crack later than the Portland cement concrete, despite the fact that they are characterized by the largest autogenous deformation. This behaviour is due to: - the slag effect on the hydration reaction of cementitious material; - the cement matrix expansion of the slag cement concretes at early age which delays the occurrence of tensile stresses inside the material; - the largest capacity of this concrete to relax tensile stresses.

Cette étude est motivée par le manque de mesures de paramètres d'anisotropie à l'échelle de la sismique de puits. Le but est de déterminer localement ces paramètres à partir de données de puits en trois composantes du type walkaway. On s'est intéressé pour cela à des milieux TI d'axe de symétrie contenu dans un plan vertical. Les données sont constituées par les lenteurs apparentes verticales et les directions de polarisation mesurées pour différents déports de la source. Les lenteurs apparentes verticales sont définies à partir des temps de trajets verticaux entre au moins deux récepteurs ancrés dans le puits. Les directions de polarisation sont repérées par l'angle Y fait avec la direction verticale. Nous nous sommes intéressé à la propagation des ondes P et SV dans les milieux TI. Quatre constantes élastiques sont nécessaires pour décrire la propagation des ces ondes. Les expressions de la lenteur et de l'angle de polarisation sont donc fonction de quatre constantes élastiques et de l'angle d'incidence O. Pour des milieux anisotropes, cet angle n'est pas directement mesurable à partir de données de puits. On définit alors deux paramètres qui simplifient les expressions de la vitesse de phase et qui permettent d'écrire une relation du type (O = f(Y). À partir de cette relation, on obtient une expression exacte de la lenteur apparente verticale en fonction de l'angle de polarisation. Cette expression est utilisée pour inverser, par une méthode d'optimisation, les paramètres d'anisotropie à partir des données de puits. On détermine, par une étude de sensibilité, dans quelle gamme d'incidence les paramètres seront le plus précisément estimés par cette méthode. On montre de plus comment une erreur sur les données (due aux incertitudes de mesure) se répercute sur les valeurs estimées des paramètres. La méthode d'inversion est testée sur des données synthétiques et sur deux jeux de données réelles. Le premier est un jeu de données enregistré sur le site expérimental de la Colorado School of Mines (White et al., 1983). Le second est un Walkaway enregistré dans le bassin de Paris. Enfin, on définit un modèle permettant de prendre en compte dans le problème inverse, en plus de la lenteur et de la polarisation, la pression mesurée dans le puits. Ce modèle est testé sur des données synthétiques. On montre que la précision sur l'estimation des paramètres est améliorée d'un facteur 5 à 10.

Les résultats de l'analyse de la fissuration provoquée sur échantillons de roche présentent des analogies avec l'activité sismique de l'écorce terrestre. L'expérimentation, conduisant des plaques de roche à une rupture de mode I l, est réalisée sous l'action d'une sollicitation de cisaillement animée par un double-couple, mécanisme fondamental à la base du fonctionnement des séismes de coulissage. Le traitement des signaux enregistrés comprend l'aspect purement énergétique et fréquentiel, et une analyse proprement sismologique par l'évaluation du moment sismique, et de la taille de source par une mesure systématique de la fréquence-coin de chaque spectre de déplacement. L'étude révèle trois résultats importants: - La taille de source déterminée par le modèle de Brune étendu à l'onde P ne correspond pas à la taille de grain, ceci pour les quatre roches étudiées. - La décroissance du moment sismique avec la taille de source est interprétée en terme de mécanisme à la source, avec une distinction principale relative à l'état de fissuration. - L'observation des diagrammes décrits par la moyenne des paramètres sur chaque essai nous permet d'entrevoir une possibilité nouvelle de classification des roches par une méthode relevant de la géophysique, tenant compte simultanément de la fissuration et de la granularité.

De nombreux phénomènes à l'oeuvre dans le processus de déformation et d'endommagement des élastomères sont étudiés à partir de la réponse mécanique de ces matériaux. Cependant, la plupart de ces phénomènes dépendent de la température et ont des signatures calorimétriques qui pourraient permettre de mieux les comprendre. Dans le contexte industriel de la manufacture de pneumatiques, les élévations de température induites par le chargement peuvent fortement impacter les performances physiques des pneumatiques ainsi que la tenue en fatigue des constituants caoutchoutiques. L'objectif de cette thèse est donc de caractériser le comportement thermomécanique des élastomères chargés et non chargés sous divers types de chargement mécanique. Pour ce faire, des mesures de champs thermiques et cinématiques couplées ont été mises en oeuvre lors d'essais mécaniques à température ambiante. Dans un premier temps, des essais de traction uniaxiale sur éprouvettes indemnes ont permis de confirmer que l'hystérésis mécanique observée lors d'un cycle de traction sur un caoutchouc naturel non chargé est essentiellement due au phénomène de cristallisation et non à des phénomènes dissipatifs. Par ailleurs, la construction de bilans énergétiques sur un cycle mécanique a permis de distinguer la contribution des différents mécanismes dissipatifs (viscosité, effet Mullins) des couplages thermomécaniques (élasticité entropique, cristallisation). Dans un second temps, des essais de cisaillement pur ont été menés sur des éprouvettes préalablement entaillées. Les analyses thermomécaniques menées à l'échelle de la zone d'influence de la fissure ont montré que les phénomènes dissipatifs aux très grandes déformations ne s'expriment pas de la même manière qu'aux déformations plus faibles. En particulier, pour les mélanges considérés dans cette étude, les effets du couplage entropique et de la viscosité sont du même ordre à la décharge, si bien que le matériau n'absorbe pas de chaleur à la décharge. Ces résultats sont très prometteurs à la fois pour la compréhension des phénomènes physiques impliqués dans le processus de déformation et pour la modélisation du comportement thermomécanique des élastomères.

L'objectif de ce travail est d' étudier, au travers d'un essai simple, l'influence des paramètres procédés sur la microstructure et sur le chargement mécanique dans le but de minimiser le risque de fissuration à chaud. Un essai original a été développé consistant à appliquer une précontrainte de traction contrôlée dans la direction de soudage sur une tôle d'alliage d'aluminium 6061 de faible épaisseur, avant de réaliser une ligne de fusion avec le procédé TIG. Des analyses de la microstructure de solidification ont permis d'identifier des longueurs caractéristiques traduisant l'influence des paramètres procédés sur la morphologie des grains. La modélisation de cette microstructure, à partir de données thermiques issues de la simulation numérique, a permis de prédire la microstructure obtenue dans différentes conditions de soudage. L'application d'un critère de fissuration à chaud prenant en compte la microstructure prédite permet d'intégrer l'influence de la morphologie des grains sur la prédiction de l'initiation de la fissuration à chaud. Pour terminer, des solutions d'optimisation du procédé de soudage, vis à vis du phénomène de fissuration à chaud, sont proposées en tenant compte des interactions procédé/ matériau.

La rupture des matériaux quasi-fragiles, tels que les céramiques ou les bétons, peut être représentée schématiquement par la succession des étapes de nucléation et de coalescence de micro-fissures. Modéliser ce processus de rupture est un enjeu particulièrement important lorsque l'on s'intéresse à la résistance des structures en béton, en particulier à la prédiction de la perméabilité des structures endommagées. La démarche choisie est une vision multi-échelle où le comportement global est caractérisé par la mécanique de la rupture, et le comportement local représenté par la méthode des éléments discrets. Le modèle représente la fissuration par des grandeurs généralisées, qui seront définies dans le cadre de la mécanique de la rupture. Afin de prendre en compte l'aspect non linéaire de la fissuration dans les matériaux quasi-fragiles, la cinématique usuelle de la mécanique de la rupture est enrichie par l'ajout de degrés de libertés supplémentaires chargés de représenter la part non linéaire du champ de vitesse. L'évolution du comportement est alors condensé par l'évolution de facteurs d'intensité. Le modèle proposé permet de prédire le comportement lors de chargements de mode mixte I+II proportionnel et non-proportionnel. Enfin, une campagne d'essais visant à caractériser le comportement en fissuration du mortier à été réalisée. Les résultats obtenus montrent un rôle important de la fissuration par fatigue. La méthode de changement d'échelle a également été appliquée sur les champs de vitesse en pointe de fissure, confirmant la représentation du comportement en pointe de fissure par une cinématique enrichie.

L'objectif dans cette recherche expérimentale est de contribuer à la compréhension des phénomènes de l'endommagement et de la fissuration dans les sols argileux saturés sous chargement hydrique (dessiccation) et mécanique (chemins de contrainte). L'étude mécanique est axée sur l'identification des propriétés élastiques du matériau endommagé sous chargement triaxial à différents niveaux et chemins de contrainte. Les principaux points traités étaient, l'influence de la contrainte de consolidation (p'ic), du degré de surconsolidation (OCR) et du chemin de contrainte sur la vitesse d'onde de compression. Les résultats montrent que les propriétés élastiques sont affectées et évoluent avec la déformation. La contractance semble augmenter la vitesse d'onde de compression à mesure que p'ic croît et densifie le matériau. En revanche, la dilatance semble plutôt diminuer la vitesse d'onde de compression. Par ailleurs, différents chemins triaxiaux conduits à un niveau de contrainte donné ont montré que les vitesses d'onde sont très proches si les chemins sont normalement consolidés. Les vitesses sont proches également si les chemins sont surconsolidés. En revanche, à un même état de contrainte, la vitesse d'onde est différente si on compare un chemin normalement consolidé avec un chemin surconsolidé. La deuxième partie de l'étude porte sur une analyse approfondie des mécanismes d'amorçage et de propagation des fissures sous dessiccation libre et contrôlée d'une argile initialement saturée. L'analyse via la corrélation d'images numériques (CIN) a permis, en premier lieu, une caractérisation multiéchelle du phénomène de retrait opéré au cours du séchage. Différents phénomènes ont été identifiés : le phénomène de relaxation, caractérisé par un changement de signe de la déformation locale extension / compression, le mécanisme de fissuration par extension (mode I), identifié par la cartographie des directions des déformations principales. L'étude a été complétée par des essais de traction indirecte par flexion 3 points réalisés sur des poutrelles de kaolin K13 initialement soumises à différentes succions. L'effet de la succion initiale sur la résistance à la traction a donc été observé. Les résultats montrent que plus la succion initiale est élevée, plus la pente de la courbe de variations de la résistance à la traction est élevée. D'autre part, la déformation de la zone tendue de la poutrelle atteint sa valeur critique lorsque la contrainte atteint la résistance maximale à la traction de l'argile / The objective of this experimental research is to contribute to understanding phenomena of damage and cracking in saturated clay soils under hydric loading (desiccation) and mechanical loading (stress paths). Mechanical study focuses on identifying the elastic properties of the damaged material under triaxial loading at different levels and stress paths. The main issues were the influence of; the consolidation stress (p'ic), the overconsolidation ratio (OCR) and the stress path on the compression wave velocity. The results show that the elastic properties are affected and evolve with strain. Contractancy appears to increase the compression wave velocity as p'ic increase and densifies the material. However, dilatancy seems rather decrease the compression wave velocity. Moreover, various triaxial paths performed at a given stress level showed that the wave velocities are very close if the paths are normally consolidated. Velocities are also close if the paths are overconsolidated. However, at the same stress state, the wave velocity is different when comparing a normally consolidated path with an overconsolidated path. The second part of the study focuses on a thorough analysis of the cracks' initiation and propagation mechanisms under free and controlled desiccation on initial saturated clay. Analysis via the digital image correlation (DIC) allowed, first, a multi-scales characterization of the shrinkage phenomenon operated during drying. Different phenomena were identified; the relaxation phenomenon characterized by a change of the local strain's sign extension / compression, the cracking mechanism by extension (mode I) identified by the map of the directions of the principal strains. The study was completed with indirect tensile tests by bending performed on kaolin k13 beams initially submitted to different suctions. The effect of the initial suction on the tensile strength has been observed. The results show that more the initial suction is high, the greater the slope of the curve of changes in the tensile strength is high. On the other hand, strain of the tension zone of the beam reaches its critical value when the stress reaches the maximum tensile strength of the clay

Depuis une vingtaine d'années, des composants électroniques flexibles sont développés. Ces composants étant amenés à se tordre, à s'étirer et à se fléchir au cours de leur utilisation, le développement de composants ayant une bonne fiabilité mécanique est primordial. Ce travail s'est concentré sur les films métalliques d'argent déposés par impression jet d'encre ou sérigraphie sur des substrats de polyimide, servant à l’interconnexion électrique entre composants actifs. Deux mécanismes d’endommagement sont observables dans ces systèmes : la fissuration et le flambement par délaminage.Premièrement, pour caractériser expérimentalement ces deux phénomènes, des tests de traction sont réalisés sous microscope optique, afin de suivre l'évolution des fissures au cours de la déformation et sous interféromètre optique, afin de suivre les cloques de délaminage. Une analyse d'images est réalisée afin d'obtenir l'évolution de l'espacement entre fissures au cours de la déformation. L'existence de deux régimes de fissuration est observée : la fissuration longue et droite pour les films épais et la fissuration courte et en forme de zigzag pour les films minces. Le suivi des profils de cloques permet d'obtenir l'évolution de leur forme au cours de la déformation.Ensuite, afin d'éclairer les observations expérimentales, les phénomènes à l'étude sont modélisés par élément finis. Ainsi l'origine des deux régimes de fissuration est expliquée par un effet géométrique de l'épaisseur du film. Un modèle élastoplastique bidimensionnel de relaxation de contraintes dans le film permet d'obtenir un encadrement de l'espacement entre fissures au cours de la déformation. À partir du suivi des cloques, un modèle tridimensionnel permet de réaliser une identification des paramètres de la zone cohésive à l'interface film/substrat, où une énergie d'adhésion de 2 J.m-2, une contrainte critique de 20 MPa et un paramètre de mixité modale de 0,4 sont déterminés. Ces valeurs sont en accord avec la littérature. / Over the past 20 years, new improvements in materials and processes led to the development of printed flexible electronics. Flexible electronics devices subjected to bending, twisting, or stretching during their lifetime, the development of device with high reliability is therefore of great importance for the efficiency of electrical connection. This work investigates the mechanical reliability of inkjet or screen-printed Ag thin films on polyimide substrates dedicated to the electrical interconnection of active components. Expected mechanical failure modes are film cracking and buckling delamination.First of all, in order to characterized the two mechanisms, tensile tests are performed under an optical microscope to follow cracks and under an optical interferometer to follow buckles. In order to obtain crack spacing evolution during deformation, an image processing is realized. Two types of cracks are observed: long and straight cracking for thick films and small and zigzag shape cracking for thin films. The evolution of buckles shape with imposed tensile deformation is characterized.In a second time, in order to understand experimental observations, mechanical failure modes are analysed with finite elements models. The origin of the two types of cracking are explained by a geometrical effect of film thickness. A elastoplastic shear lag bidimensional model gives upper and lower bonds of crack spacing during deformation. A three-dimensional model allows identification of cohesive zone model parameters at film/substrate interface, from experimental buckle shape. An adhesion energy of 2 J.m-2 , a critical strength of 20 MPa and a mode mixity parameter of 0.4 are determined. These values are in good agreement with literature.