Le fretting est un endommagement induit par le glissement cyclique à très faible amplitude de deux corps en contact. Il se caractérise par un amorçage d’une fissure en surface, qui peut ensuite propager, menant ainsi à la rupture. Le fretting est présent dans de nombreux secteurs industriels où il constitue un critère de résistance à la fatigue plus ou moins sévère. Ce mémoire s’intéresse aux fissures de fretting qui apparaissent dans une liaison entre pale et disque d’une turbomachine. La sollicitation cyclique de contact est dans ce cas le fruit de la combinaison d’un chargement statique à un chargement vibratoire à très haute fréquence (quelques milliers de Hertz). Pouvoir estimer la durée de vie de la liaison sous un tel chargement est indispensable pour la sécurité des vols. La méconnaissance de certains paramètres d’entrée, la non-proportionnalité du chargement ainsi que les fortes concentrations de contraintes mises en jeu, sont autant de verrous techniques à la modélisation. Ce mémoire de thèse propose une méthode numérique permettant le calcul d’une criticité à amorçage de fretting sous sollicitation vibratoire. Le modèle se décompose en une première phase de calcul des contraintes et déformations cycliques par éléments finis, suivie d’une seconde qui consiste à post-traiter les résultats avec le critère de Dang Van. Le modèle est développé grâce au support d’un banc d’essai innovant qui permet de reproduire les chargements subis par un contact d’une liaison pale/disque. Une utilisation intensive du processus de calcul mis au point permet de tirer des conclusions et de mieux comprendre les phénomènes mis en jeu dans ce type d’endommagement. Une confrontation des différentes études numériques réalisées permet de comparer la représentativité des moyens expérimentaux par rapport aux configurations moteurs réelles. / Fretting is a damage induced by small cyclic slip of two bodies in contact. It is characterized by surface crack initiation, which can then propagate, thus leading to failure. Fretting is present in many industrial environments where it is a more or less severe resistance criterion. This work focuses on the fretting cracks that appear in blade/disk roots of turboshaft engines. In this case, the cyclic contact loading is the result of the combination of a static loading and a high frequency vibratory loading (some thousands of Hertz). Being able to estimate the lifetime of the root under such a solicitation is essential for flight safety. The lack of knowledge of certain input parameters, the non-proportionality of the solicitation as well as the high stress gradient involved, make this phenomenon difficult to predict. This work proposes a numerical method allowing the computation of a fretting crack initiation criterion. First, stresses and deformations fields are computed with finite element method. Then, the post-processing of the fields is done woth Dang Van criterion. The model is developed with the support of an innovative test bench which makes it possible to reproduce the loadings sustained by a a blade/disk root. An intensive use of the computation process developed makes it possible to draw conclusions and provides better understanding of the phenomenon involved in this type of damage. The different numerical studies carried out make it possible to compare the representativeness of the experimental means with respect to the actual engine configurations.

In the developing embryo, the timely fusion of opposing epithelial sheets into one uniform layer denotes the completion of several developmental events. Failure of this epithelial sheet fusion event (ESF) within the choroid fissure (CF) is associated with the congenital disorder Ocular Coloboma, and is one of the leading causes of pediatric blindness. A requirement for a highly coordinated dismantling of the basement membrane (BM) to allow for fusion to occur is undoubted, however the underlying mechanisms of this process are poorly understood. Due to its BM crosslinking capabilities, I have hypothesized that the regulation of nidogen plays a crucial role in the disassembly of the BM prior to ESF. Whole mount in situ hybridization for all four BM components has revealed that expression of nidogen decreases prior to that of other BM components. Additionally, preliminary IHC data has revealed nidogen and collagenIV deposition within the CF. Further, knock-down of nidogen1a and 1b, or the expression of dominant negative nidogen1b resulted in gross morphological, as well as BM organization defects in developing eyes. Together, these data suggest that nidogen plays a role in regulating the integrity of the BM of the eye and may play a role in its disassembly prior to ESF.

Ce travail de thèse est consacré à l'étude des phénomènes d'initiation et de propagation d'une fissure dans un matériau bitumineux. À l'aide d'un essai innovant développé au Laboratoire Central des Ponts et Chaussées, on reproduit les conditions d'initiation et de propagation d'une fissure confinée dans un film de bitume. Dans la première partie de ce travail de thèse, on aborde l'approche utilisée pour identifier les propriétés rhéologiques à l'aide du modèle de Maxwell généralisé. La détermination des séries de Prony passe par les méthodes d'optimisation linéaire et non-linéaire pour représenter précisément le module complexe du liant bitumineux dans le domaine fréquentiel. Ce comportement viscoélastique identifié est ensuite validé par l'essai de

Dans ce travail de thèse, on s'intéresse à la réponse vibratoire d'un rotor affecté de fissures afin d'exhiber les paramètres vibratoires susceptibles de favoriser leur détection dans le cadre d'une procédure de surveillance. Dans un premier temps, les travaux expérimentaux, numériques et analytiques antérieurs effectués visant la modélisation de telles structures sont résumés et commentés. Puis la démarche de la prise en compte des effets de cisaillement dans la loi de comportement en flexion d'une section de rotor fissurée est présentée et est validée par des calculs tridimensionnels tenant compte du contact unilatéral entre les lèvres de fissure. La démarche est basée sur une formulation énergétique du problème et peut être appliquée à toute géométrie de fissure. L'exploration par voie numérique de la réponse d'un rotor fissuré est présentée dans le troisième chapitre de cette thèse. Différents systèmes dynamiques sont considérés. Les parties saines du rotor sont représentées part des éléments de type barre ou poutre, et la section fissurée par un ressort non-linéaire pour tenir compte du mécanisme de respiration de la fissure. Vers la fin de cette partie, on présente une méthode originale de construction d'un élément fini de poutre comportant des fissures. Le dernier chapitre est consacré à l'étude analytique du système à deux ddl. Ainsi, plusieurs fonctions de respiration de la fissure sont examinées. La stabilité linéaire des solutions périodiques est étudiée vers la fin de ce chapitre par la théorie de Floquet. Finalement quelques paramètres vibratoires sont proposés comme indicateurs de la présence de fissures.

Si l'endurance des matériaux élastomères soulève un intérêt grandissant, il n'existe que peu d'études quantitatives dans la littérature. Les modèles de prévision de durée de vie sont quant à eux quasi inexistants. L'étude menée précédemment au Centre des Matériaux par N. André a permis d'établir un modèle de prévision de la durée de vie sous sollicitations cycliques uniaxiales. Ce critère constitute le point de départ de cette étude dont l'objectif est double. Il s'agit d'identifier précisément les mécanismes d'amorçage et de propagation de fissures, puis de proposer un critère d'amorçage sous chargement cyclique multiaxial non proportionnel.<br /><br />La comparaison des observations SEM de la surface d'éprouvettes de fatigue à celles faites lors d'essais de traction in situ indique qu'il n'existe pas de différence majeure entre les modes d'endommagement de fatigues et de sollicitations monotone. La cavitation et la décohésion apparaissent comme les deux mécanismes principaux d'endommagement. Les fissures s'initient à partir d'hétérogénéités dont la taille varie entre 100 et 500 micromètres, pour ensuite se propager dans le reste de l'éprouvette et éventuellement provoquer sa rupture. Des analyses EDS permettent d'identifier différentes classes d'inclusions et le mode d'endommagement associé.<br /><br />L'élastomère étudié possède la particularité de cristalliser aux grandes déformations. L'étude par diffraction X des transformations de phases aux grandes déformations, l'observation des pointes de fissures de fatigue et les résultats d'essais de traction cycliques originaux ont permis de mettre en évidence un phénomène de cumul de la cristallisation en pointe de fissures, sous certaines conditions de chargements. La forte anisotropie qui en découle permet d'expliquer l'origine de la diminution de la vitesse de propagation (augmentation de la durée de vie) à rapports de charges positifs. Les observations SEM confirment ces conclusions. Enfin, quel que soit le type de sollicitation (uniaxial ou multiaxial) la comparaison de l'orientation des fissures avec le chargement local indique que les fissures se propagent en mode d'ouverture.<br /><br />Le modèle de prévision de la durée de vie proposé par N. André est tout d'abord repris et ré-identifié en ajoutant notre base de donnée expérimentale à celle établie par le précédent auteur afin d'identifier l'éventuel rôle des fortes compressions. Une méthode d'optimisation des différents paramètres du critère est présentée. Elle est basée sur l'utilisation d'algorithmes génétiques. Un premier modèle multiaxial est proposé en introduisant des invariants du tenseur des contraintes dans le modèle uniaxiale précédent. Les limitations d'un tel modèle sont démontrées tant en terme de prévision de la durée de vie que de la localisation de l'amorçage.<br /><br />Sur la base des conclusions faites sur les modes d'endommagements, de propagation et sur l'origine du renforcement, un nouveau modèle de prévision de durée de vie est proposé. Ce modèle, écrit en grandes déformations est identifié sur les essais uniaxiaux. Il est ensuite appliqué aux essais multiaxiaux. Dans tous les cas de chargements appliqués, le modèle a démontré sa capacité à localiser l'amorçage (notamment dans le cas d'amorçages internes rares en fatigue), prévoir la durée de vie et l'orientation des fissures

Ce travail a porté sur l'étude au laboratoire d'échantillons d'argilites, prélevés dans la couche d'argilites du Callovo-Oxfordien dans l'est du Bassin de Paris au droit du site du laboratoire souterrain de recherches in-situ. Ils ont été soumis à des sollicitations thermomécaniques en conditions humides avec un dispositif expérimental appelé microcellule CGI permettant de faire une observation visuelle de leur texture et de leur structure au cours des essais. D'autres moyens expérimentaux ont aussi été utilisés : essais pétrophysiques, rayons X, Microscope électronique à balayage. L'ensemble des résultats permettent de faire une distinction entre des échantillons prélevés à 445 m de profondeur, non loin du toit de la couche et des échantillons prélevés à 480 m de profondeur au milieu de la couche. Les argilites sont litées, leur densité est de l'ordre de 2,4. Elles contiennent environ 23% de carbonates, environ 1% de pyrite au toit et 1 à 2% au milieu. Les lames épaisses ont un comportement plutôt fragile. Celles du milieu sont plus déformables et sont plus sensibles à la température que celles du toit. L'initiation des fractures est liée aux hétérogénéités de la texture. L'altération des pyrites confère aux échantillons un comportement évolutif. Un modèle numérique simple (FLAC) permet d'en préciser certains aspects mécaniques. Ces résultats amènent à considérer que l'altération des pyrites doit être prise en compte comme une source supplémentaire d'endommagement susceptible de se développer dans le temps.

La partie 1 releve de l'Analyse Numerique. Partant de l'interpretation Element Finis Mixtes des schemas volumes finis classiques, l'estimation a posteriori de l'erreur est analysee dans la hierarchie des elements de Raviart-Thomas. Un estimateur calculable est explicite pour ces schemas volumes finis.<br />La partie 2 introduit, d'abord un maillage rectangulaire, puis un maillage structure, une famille de schemas volumes finis de type differences finies. Des essais numeriques sur des problemes modeles montrent que l'ordre prevu par l'analyse peut etre atteint.<br />La partie 3 presente l'application de ces schemas volumes finis a la simulation numerique du comportement d'un bloc de gomme en presence d'une fissure finie. Il s'agit d'un materiau hyperelastique compressible en grandes deformations et differents tenseurs de contraintes, avec tests en quasi-incompressible et des simulations d'endommagement.

Les modèles simplifiés usuels de dimensionnement des chaussées ne permettent pas de modéliser des chaussées fissurées et une modélisation par éléments finis 3D peut s'avérer très lourde. Dans l'objectif de construire un outil rapide et efficace de diagnostic et d'entretien des chaussées dégradées par le trafic, un modèle simplifié est proposé. Ce modèle repose sur un modèle simplifié adapté aux problèmes de flexion, le modèle multiparticulaire des matériaux multicouches (M4) à 5n équations (n: nombre total de couches) et le modèle élastique de Boussinesq pour le massif de sol. Programmé sous Matlab, dans le cas de bicouches de chaussées fissurées verticalement, ce modèle donne très rapidement d'excellents résultats par comparaison avec des calculs éléments finis 3D. Les cas de chargement de retrait thermique et de gradient thermique sont intégrés dans la modélisation et validés. Pour accélérer encore plus l'obtention des solutions dans le cadre de calculs multi- cycles, une méthode d'extrapolation des résultats du 2D pour estimer le 3D est exposée.

Les composites alumine-chrome sont obtenus par pressage à chaud de poudres provenant du broyage réactif entre des poudres d'aluminium, d'alumine et d'oxydes de chrome. Différents types de composites ont été caractérisés : ils correspondent à des fractions volumiques de chrome comprises entre 5 et 36% et différentes voies d'élaboration. Une étude microstructurale a été menée pour mieux connaître les différents constituants et les différentes phases des poudres mais aussi des échantillons massifs (notamment ceux qui sont minoritaires). Une approche micromécanique est utilisée pour déterminer le champ de contraintes internes, générées lors du refroidissement après le pressage des poudres, du fait des différences existant entre les coefficients de dilatation thermique et les propriétés thermo-mécaniques des phases. Ces différences et ces contraintes pouvant conduire à la détérioration et à la fissuration du composite pourraient peut-être aussi être utilisées avec avantage et renforcer le composite, du moins localement selon les tailles et dispositions relatives de la phase métallique. Les résultats des calculs par éléments finis ont été confrontés aux résultats expérimentaux de détermination des contraintes moyennes dans les phases, obtenus en utilisant le rayonnement synchrotron. Pour évaluer le comportement de la microstructure et des contraintes internes vis à vis de la fissuration, une procédure d'indentation de type hertzien (indentation d'un échantillon plan par une sphère) a été mise en place pour analyser le mode de fissuration des échantillons massifs. Les résultats issus de l'étude de la microstructure, des calculs et de la fissuration sont comparées pour analyser l'influence de la microstructure et des champs locaux de contraintes sur le comportement et les trajectoires des fissures dans des composites biphasés alumine-chrome. Des voies concrètes d'amélioration voire d'optimisation des microstructures au regard de la résistance à la fissuration en sont ainsi dégagées.

La diffraction d'ondes élastiques par une fissure dans un matériau est un problème majeur en contrôle non destructif. Une modélisation réaliste consiste à prendre en compte une condition de contact unilatéral sur la fissure. Dans cette thèse, on étudie des problèmes dynamiques de contact unilatéral dans des milieux fissurés. Au niveau théorique, on présente un résultat d'existence pour un milieu viscoélastique de Kelvin-Voigt fissuré, pour lequel on considère une condition de contact unilatéral avec frottement non local (régularisé). Ce résultat est obtenu en utilisant une méthode de pénalisation et des propriétés de compacité. L'étude numérique porte sur le problème de l'élastodynamique avec contact unilatéral sans frottement, qui reste un problème ouvert sur le plan mathématique. Pour le résoudre, on utilise la méthode des domaines fictifs. On propose pour cela une formulation du problème en contraintes-déplacements-multiplicateurs de Lagrange. Un élément fini adapté est utilisé pour la discrétisation en espace et permet d'obtenir un schéma explicite en temps, par condensation de masse. Plusieurs schémas de discrétisation en temps sont présentés: un schéma implicite décentré dont on démontre la stabilité, un schéma implicite centré qui apparaît stable au vu des expériences numériques. Des résultats de validation sont présentés ainsi que des résultats concernant des applications plus réalistes.