Pour caractériser certains comportements des gouges de failles, des travaux à l'Appareil de Cisaillement Simple Annulaire ont été réalisés. Ils consistent à cisailler un modèle de gouge épaisse sur des distances plurimétriques. La diminution progressive, à grand déplacement, du frottement apparent est représentée par une nouvelle loi puissance qui prend en compte le niveau de confinement et dans laquelle l'effet de l'eau est négligeable. Les perturbations en déplacement, en dessous d'un certain seuil, en vue de relâcher le cisaillement, induisent une cicatrisation lors de la recharge où l'on a mis en évidence le rôle des déformations volumiques, et plus particulièrement la dilatation empêchée de la bande de cisaillement. Par ailleurs, la variation du confinement, sous forme sinusoïdale ou par paliers, entraîne une déformation volumique et une variation du cisaillement proportionnelles. Ces perturbations ont peu d'influence sur un échantillon ayant subi dans son passé un confinement supérieur à celui pratiqué par les variations. Les variations sinusoïdales se font sans déphasage et sans qu'il y ait résonance ; l'effet de la période est plus présent à faibles valeurs (< 20 s). La bande de cisaillement montre une réduction importante de sa perméabilité à l'eau attribuée à la production de fines particules résultant du broyage des grains de sable. Un nouveau dispositif permet d'avoir accès à des mesures de la pression normale au voisinage de la bande de cisaillement pour une interface rugueuse. La comparaison avec les travaux antérieurs sur une interface lisse conduit à une convergence satisfaisante ; une exception importante est le cas des phases d'adoucissement à long terme. La réponse globale des essais semble résulter de l'interaction entre la bande de cisaillement et le reste de l'échantillon.

Le but est de comprendre le phénomène de givrage. Dans certains cas le dépôt de givre est fortement discontinu et a la forme des queues de homard. Le mécanisme de la formation de ce type de givre est multiphysique. Les études expérimentales menées par la NASA sur des NACA et par l'ONERA sur un cylindre permettent de comprendre de façon microscopique le givre en queue de homard. Ces études ont permis de visualiser, d'analyser et de proposer un modèle microphysique de l'accrétion. Elles ont montré que la géométrie joue un rôle dans ce type de formation car elle affecte les directions de ruissellement. Plusieurs approches microphysiques sont proposées consistant à reproduire d'une façon qualitative la variation du coefficient d'échange à la surface du cylindre recouvert de givre. Ces tests de simulation ont aboutis à des résultats bien que qualitatif, très encourageant pour la suite. En effet, des discontinuités visibles s'apparentent aux queues de homard observées expérimentalement.

Cette thèse porte sur l'étude de l'amortissement des structures assemblées, et plus précisément de la contribution des assemblages sous sollicitations vibratoires. Le mémoire est composé de cinq chapitres traitant la problématique tant du point de vue analytique qu'expérimental. Un banc d'étude académique est proposé afin d'étudier des assemblages sous sollicitation normale constante (statique) et sous sollicitations tangentielles liées aux vibrations de la structure (dynamique). Le facteur de perte caractérisant l'amortissement de la structure est obtenu, dans un premier temps par une étude locale quasi-statique. Puis une fonction de dissipation est définie, permettant d'affiner la modélisation de l'amortissement par une étude dynamique globale. Au regard des résultats obtenus par la modélisation, une analyse expérimentale est menée. Cela afin d'isoler la contribution, à l'amortissement de la structure, des glissements partiels dans les assemblages. Pour cela, deux structures géométriquement identiques, l'une monolithique et l'autre assemblée sont étudiées. Les effets des interfaces sont analysés puis comparés aux résultats analytiques. Afin de simuler plus précisément ces effets, une modélisation prenant en compte les défauts de forme des surfaces en contact est menée / This thesis presents a study of damping in assembled structures, or, more precisely, a study of the vibrations of assemblies under external excitations. The paper contains five chapters examining this problem from both analytical and experimental viewpoints. An academic investigation is presented as a foundation in order to study assemblies both under constant normal stresses (static), and under tangential stresses linked to the structural vibrations (dynamic). The loss factor that characterizes the damping of the structure is obtained through a quasi-static local study. Then, a dissipation function is given, which allows the refinement of the damping model through a global dynamic study. An experimental analysis is undertaken to examine the results obtained by the modeling. The objective of this analysis is to isolate the effects, at the structural damping, of partial sliding in the assemblies. To isolate these effects, two structures identical in shape and material, one assembled and one uniform, are studied. The data collected from the interfaces are analyzed, and then compared to the analytical results. In order to simulate these effects with greater precision, a modeling is undertaken that takes into account the defects of form for the surfaces in contact

Cette thèse a pour but de développer un ensemble de méthodes permettant de gérer les problèmes de contact et de couplage de maillages dans le cadre de la méthode des éléments finis classiques et étendus. Ces problèmes d'interfaces sont traités le long de surfaces réelles et virtuelles, dites “surfaces immergées”. Le premier objectif est d’élaborer une formulation de Mortar tridimensionnelle, efficace et parfaitement cohérente en utilisant la méthode du Lagrangien augmenté monolithique (ALM) pour traiter les problèmes de contact et de frottement. Cet objectif est réalisé dans le cadre de la méthode des éléments finis classique. Divers aspects du traitement numérique du contact sont discutés : la détection, la discrétisation, l’évaluation précise des intégrales de Mortar (projections, découpage, triangulation), la parallélisation du traitement sur des architectures parallèles à mémoire distribuée et l’optimisation de la convergence pour les problèmes impliquant à la fois le contact/frottement et les non-linéarités de comportement des matériaux. Grâce aux formulations de Mortar tirées des méthodes de décomposition de domaines, les problèmes de couplage de maillage pour la classe des interfaces non-compatibles sont également présentés.En outre, une nouvelle méthode numérique a été élaborée en 2D : nous la dénommons “MorteX”, car elle rassemble à la fois des fonctionnalités de la méthode Mortar et de la méthode X-FEM (méthode des éléments finis étendus). Dans ce cas, le couplage des maillages entre des domaines qui se chevauchent ainsi que le contact frottant entre des surfaces réelles d'un solide et certaines surfaces immergées au sein du maillage d'un autre corps peuvent être traités efficacement. Cependant, la gestion du couplage/contact entre des géométries non conformes à l'aide de surfaces immergées pose des problèmes de stabilité numérique. Nous avons donc proposé une technique de stabilisation qui consiste à introduire une interpolation des multiplicateurs de Lagrange à grains grossiers. Cette technique a été testée avec succès sur des “patch-tests” classiques et elle s'est également avérée utile pour les méthodes Mortar classiques, ce qui est illustré par plusieurs exemples pratiques.La méthode MorteX est aussi utilisée pour traiter des problèmes d’usure en fretting. Dans ce cas, l’évolution des surfaces de contact qui résulte de l’enlèvement de matière dû à l’usure est modélisée comme une évolution de surface virtuelle qui se propage au sein du maillage existant. L’utilisation de la méthode MorteX élimine donc le besoin de recourir aux techniques complexes de remaillage. Les méthodes proposées sont développées et implémentées dans le logiciel éléments finis Z-set. De nombreux exemples numériques ont été considérés pour valider la mise en œuvre et démontrer la robustesse, la performance et la précision des méthodes Mortar et MorteX. / In this work we develop a set of methods to handle tying and contact problems along real and virtual (embedded) surfaces in the framework of the finite element method. The first objective is to elaborate an efficient and fully consistent three-dimensional mortar formulation using the monolithicaugmented Lagrangian method (ALM) to treat frictional contact problems. Variousaspects of the numerical treatment of contact are discussed: detection, discretization, accurate evaluation of mortar integrals (projections, clipping, triangulation), the parallelization on distributedmemory architectures and optimization of convergence for problems involving both contact and material non-linearities. With mortar methods being drawn from the domain decomposition methods, the mesh tying problems for the class on non-matching interfaces is also presented.A new two-dimensional MorteX framework, which combines features of the extended finite element method (X-FEM) and the classical mortar methods is elaborated. Within this framework, mesh tying between overlapping domains and contact between embedded (virtual) boundaries can be treated. However, in this setting, severe manifestation of mesh locking phenomenon can take place under specific problem settings both for tying and contact. Stabilization techniques such as automatic triangulation of blending elements and coarse-grained Lagrange multiplier spaces are proposed to overcome these adverse effects. In addition, the coarse graining of Lagrange multipliers was proven to be useful for classical mortar methods, which is illustrated with relevant numericalexamples.The MorteX framework is used to treat frictional wear problems. Within this framework the contact surface evolution as a result of material removal due to wear is modeled as an evolving virtual surface. Use of MorteX method circumvents the need for complex remeshing techniques to account for contact surface evolution. The proposed methods are developed and implemented in the in-house finite element suite Z-set. Numerous numerical examples are considered to validate the implementation and demonstrate the robustness, performance and accuracy of the proposed methods.

Dix chaussettes ont été étudiées, toutes en coton : quatre d’entre elles pour évaluer l’influencede la structure tricotée sur le frottement (jerseys bouclette, simple, double et ponts de fil), trois sontidentiques au titre du fil près, et les trois dernières à la pointure près. Nous nous sommes attachés aucas des phlyctènes apparaissant lors de la course à pied. Les zones du pied sujettes aux ampoules ontété déterminées grâce à un sondage. La pression s’exerçant sur ces zones et la fréquence des fouléesont été mesurées. Nous avons ainsi programmé une platine oscillante qui reproduit le frottement dansla chaussure. Les mesures obtenues sur ce dispositif ont été comparées à celles du Textile FrictionAnalyser de l’EMPA. En croisant ces résultats avec des mesures de compression et une premièreapproche de test d’absorption des chocs, nous avons observé que le jersey simple est plus indiquédans le cas de la marche car il exerce un frottement moins important que la bouclette et apporte unmeilleur amortissement quasi-statique. Dans le cas de la course à pied, il reste à déterminer si le choca un effet plus dommageable que le frottement et la compression exercée sur la peau. Si le choc estprimordial, le jersey bouclette sera recommandé, sinon le jersey simple. Nous avons développé unmodèle du frottement textile-peau en nous intéressant tout d’abord au cas des tricots bouclette. Lemouvement des bouclettes lors d’un cycle de frottement est assimilé à une rotation entre un anglemaximal en sens bouclette et un angle maximal en sens inverse. Ce modèle donne des résultats trèsproches de l’expérience. / Ten cotton-made athletic socks were studied: four in order to evaluate the influence of theknitted structure on the sock - to - skin friction (terry, simple, double and yarn bridges jerseys), threediffer from the yarn count and three from the size. We focused our research on the case of skinblisters generated during running. The areas of the foot where these skin affections may appear weredetermined using a survey. The pressure exerted on these areas and the stride frequency weremeasured whereby a linear alternative tribometer reproducing the friction in the shoe has beenprogrammed. The results obtained on this device were compared with the results obtained on theEMPA’s Textile Friction Analyser. Complementary compression and shock absorption tests wererealised. It was observed that the best knitted structure for hiking socks is the simple jersey structure.For running socks, if the effect of the friction force and the compression energy is more importantthan the influence of the maximal compression force on the formation of blisters, then we recommendwearing simple jersey otherwise we advise to wear terry jersey socks. A discrete model for thefriction of textile surfaces recovered with terries in contact with the skin is proposed. Terries aresupposed to rotate from an initial to a final position both in the forward and the reverse direction.After fitting, theoretical and experimental results are very similar.

L'introduction de granulats de béton recyclé (i.e. granulats produits à partir des gravats issus de la démolition d'ouvrages en béton obsolètes) dans les formulations de béton impacte de manière significative le comportement structurel des éléments en béton armé. Ce travail est consacré à l'étude de l'influence des granulats de béton recyclé sur l'adhérence armature-béton. Dans un premier temps, un modèle analytique de l'adhérence armature-béton est développé. L'originalité du modèle proposé réside dans le nombre limité de paramètres physiques sur lesquels il est fondé. Ces paramètres physiques sont ensuite déterminés expérimentalement via la réalisation d'une campagne d'essais d'arrachement. Trois types de bétons, dont deux bétons de granulats de béton recyclé, sont étudiés. Le suivi de l'arrachement de l'armature est complété par des mesures acoustiques permettant d'obtenir des informations provenant du coeur de l'échantillon, où l'armature se trouve. / The use of recycled concrete aggregate (i.e. aggregate produced from concrete demolition rubble) has a significant impact on the mechanical behavior of reinforced concrete members. This work focuses on the influence of recycled concrete aggregate on rebar-concrete bond. First, an analytical madel of the rebar-concrete bond is developed. The original feature of this modellies in the limited number of non-free physically-based parameters on which it is based. These parameters are then experimentally determined through a pull out test campaign. Three types of concrete, including two recycled aggregate concretes, are studied. Pull-out test monitoring is completed by acoustic measurements in order to obtain data from inside the concrete bulk, where the reinforcing bar is located.

Esta tese consiste no estudo da permeabilidade à gás e da resistência ao cisalhamento de interface de geocompostos bentoníticos (GCLs) e de outros sistemas geossintéticos que compõem as camadas de cobertura de aterros sanitários. Com relação ao fluxo gasoso, a pesquisa teve o propósito de apresentar um equipamento e propor uma nova metodologia de ensaio destinada a medir a permeabilidade a gás de GCLs parcialmente hidratados sob regime de fluxo transiente. Comparada à metodologia convencional de determinação desse parâmetro sob regime de fluxo permanente, o método proposto forneceu resultados similares, porém de um modo mais rápido e por meio de uma aparelhagem mais simples. O atrito de interface de geossintéticos foi estudado mediante o emprego do equipamento plano inclinado, sob baixas tensões de confinamento. O estudo mostrou que os geossintéticos são sensíveis à deformação acumulada sobre sua superfície que pode implicar um aumento ou uma redução da resistência de interface. A pesquisa permitiu concluir que é possível distinguir o comportamento resistente de interfaces do tipo solo compactado-geossintético submetidas a baixas tensões confinantes via equipamento de plano inclinado. As constatações experimentais permitem questionar o uso de geossintéticos de reforço do solo de cobertura segundo a metodologia construtiva tradicional que considera a necessidade de emprego destes geossintéticos para reforçar a interface solo-geotêxtil suposta crítica. Além disso, interfaces geossintéticas contemplando GCLs foram estudadas a fim de se avaliar o comportamento resistente desses sistemas conforme o grau de hidratação da bentonita, a incidência de ciclos de secagem e umedecimento, o escoamento de água no nível da interface, a umidificação da interface e o tipo de material de contato. Os ensaios de interface geomembrana-GCL mostraram que a extrusão da bentonita, devida ao carregamento aplicado, determina o comportamento resistente da interface, visto que a resistência ao cisalhamento mobilizada é fortemente reduzida pela lubrificação adicional desta bentonita quando da incidência de um escoamento de água na interface. Para os ensaios de interface do tipo GCL-geossintéticos de drenagem, a resistência mobilizada se mostrou dependente da estrutura do elemento drenante, do tipo de geotêxtil de contato e da consistência da componente bentonita do GCL. / Cette dissertation correspond à l\'étude de la perméabilité aux gaz et du frottement d\'interface des géocomposites bentonitiques (GCBs) et d\'autres systèmes géosynthétiques destinés à la composition des couches de couverture des centres de stockage des déchets. Par rapport le flux gazeux, la recherche a eu l\'objectif de présenter un équipement et proposer une nouvelle méthodologie d\'essai destinée à mesurer la perméabilité aux gaz des géocomposites bentonitiques partiellement hydratés en régime transitoire. Comparée à la méthode conventionnelle de détermination de ce paramètre sous flux en régime stationnaire, la méthode proposée a donné des résultats similaires, mais plus rapidement et avec un appareillage plus simple. La recherche a fait la caractérisation du frottement d\'interface de géosynthétiques à travers l\'emploi de l\'équipement plan incliné, donc en considerant des faibles contraintes de confinement. Cette étude a montré que les géosynthétiques sont sensibles à la déformation cumulée sur leurs surfaces, ce qui joue sur leurs propriétés de résistance au cisaillement d\'interface, pouvant augmenter ou réduire la stabilité des interfaces. La recherche a permis de conclure qu\'il est possible de distinguer les comportements résistants d\'interfaces du type sol compacté-géosynthétique soumises à de faibles contraintes de confinement grâce à l\'équipement plan incliné. Les constats experimentaux entraînent une discussion sur l\'usage des géosynthétiques de renforcement du sol de couverture selon la méthodologie constructive traditionnelle qui considère le besoin de recourir à ces géosynthétiques pour renforcer l\'interface sol-géotextile supposée critique. En plus, des interfaces géosynthétiques avec géocomposites bentonitiques ont été étudiées pour évaluer leur comportement résistant en fonction du degré d\'hydratation de la composante bentonite, de l\'incidence de cycles de sèchage-humidification, du ruissellement d\'eau au niveau de l\'interface, de l\'humidification de l\'interface et du type de géotextile de contact. Les essais d\'interface Géomembrane-GCB ont montré que l\'extrusion de bentonite dûe au chargement appliqué détermine le comportement résistant car la résistance d\'interface mobilisée est drastiquement réduite par la lubrification additionnelle de cette bentonite, du fait de l\'écoulement au niveau de l\'interface de l\'eau de ruissellement. Pour les essais d\'interface du type GCB-Géosynthétiques de drainage, la résistance mobilisée s\'est montrée fortement dépendante de la structure du dispositif de drainage, du type de géotextile en contact et de la consistance de la composante bentonite du GCB.

L’objectif de cette thèse est d’étudier la possibilité de caractériser le coefficient de frottement par un modèle analytique. Tout d’abord, le modèle analytique (Orban-Hu,2007) a été programmé à l’aide du logiciel « Matlab » puis validé par simulation numérique à l’aide du logiciel « Ls-Dyna ». Ensuite, on a réalisé des essais expérimentaux afin de caractériser les propriétés mécaniques du cuivre d’une part et étudier la mise en forme de tubes par hydroformage de tubes. Par suite, le coefficient de frottement a été caractérisé aussi bien par le modèle analytique que par le test classique ‘pion sur disque’. Les simulations numériques avec les coefficients de frottement obtenus ont permis de valider les résultats issus des essais expérimentaux pour une matrice carrée. Les mêmes résultats ont été également obtenus pour d’autres configurations géométriques (section rectangulaire, trapézoïdale et trapèze.) / The objective of this thesis is to study the possibility of characterizing the friction coefficient by an analytical model. First, the analytical model (Orban-Hu, 2007) has been programmed using "Matlab» software and has been validated by numerical simulation using "LS-Dyna" software. Then, experimental tests were carried out in order i) to characterize the mechanical properties of copper and ii) to study the tube hydroforming in a square section. As a result, the friction coefficient was characterized by the analytical model and the pin-on-disk test. Then, the numerical simulation with the friction coefficients obtained allowed to validate the experimental results for a square section. The same findings were obtained using other die geometries (rectangular, trapezoidal and trapezoid-sectional die).

Ce travail consiste à de étudier les mécanismes survenant lors du frottement de surfaces textiles pileuses, en particulier dans les conditions du toucher humain. Le but final est de proposer une méthode permettant de concevoir des surfaces textiles qui aurait le toucher demandé. La première étape a été d'établir un modèle de frottement, et ensuite de le valider au moyen d’un tribomètre développé au laboratoire et enfin de l'appliquer à des surfaces textiles industrielles. Nous avons pu montrer que la force tangentielle à l'avant du frotteur est proportionnelle à la largeur de celui-ci et a une origine essentiellement mécanique, alors que la force sous le frotteur est proportionnelle à l’aire de contact entre le frotteur et la surface textile et est de nature mécanique (déformation de la surface) et adhésive. Nous avons pu alors définir et déterminer les contraintes de frottement à l’avant et sous le frotteur, caractéristiques de l’étoffe textile utilisée pour une charge normale fixe. La dépendance de la force de frottement à la vitesse de glissement a été mise en évidence. Une étude portant sur le frottement de macro-surfaces pileuses modèle a été réalisée pour expliquer cette viscosité. Des essais de frottement analogues à ceux de l’étude menée sur les surfaces réelles ont été réalisés. En faisant varier les paramètres cinématiques de l’essai ainsi que les propriétés physico-chimiques des fibres, nous avons pu déterminer que l'origine de la viscosité observée sur les surfaces textiles réelles provient majoritairement du frottement inter-fibres d’origine physico-chimiques. / This work is to study the mechanisms occurring during friction of hairy textile surfaces, especially in terms of human touch. The final aim is to offer a method for designing textile surfaces with the required touch. The first step was to establish a model of friction, and then to validate it by means of a tribometer developed in the laboratory and then apply it to industrial textile surfaces. We have shown that the tangential force in front of the slider is proportional to the width of this one and has essentially a mechanical origin, while the friction under the slider is proportional to the contact area between the slider and the textile surface and is of a mechanical nature (surface deformation) and adhesive. We could then determine and define the friction stress in front and under the slider, characteristic of the textile fabric used for a fixed normal load. The dependence of the frictional force to the sliding velocity was highlighted. A study on the friction of model hairy macro-surfaces was performed to explain this viscosity. Similar tests to those of the friction study on real surfaces were performed. By varying the kinematic parameters of the test and the physico-chemical properties of the fibers, we were able to determine that the origin of the viscosity observed on real textile surfaces mainly comes from inter-fiber friction with physicochemical origin.

L'évolution des contraintes en profondeur, sur les systèmes actifs, est de nos jours mal connue. Il est cependant important de comprendre et d'identifier ces phénomènes de transfert de contrainte car ils sont à la base du déclenchement des séismes et des éruptions volcaniques. Diverses approches permettant de retrouver la variation de contrainte dans différents contextes sont abordées. La sismicité est utilisée comme observable dans chacun de ces problèmes.<br>Après avoir exposé les mécanismes générateurs de sismicité dans un contexte général, une méthode d'inversion de contrainte basée sur les équations du modèle de frottement rate-and-state est présentée.<br>Dans un deuxième temps, la variation de contrainte produite par une rupture pluri-décakilométrique est analysée. Cette analyse a permis de caractériser les changements de contrainte co- et post-sismique produits par le séisme de 2004 à Parkfield (Mw = 6.0), sur des aspérités sismiques avec une résolution encore jamais atteinte (de l'ordre de la dizaine de mètres). Il ressort en particulier que la variation de contrainte produite par ce séisme sur son plan de rupture est très hétérogène. En outre, il résulte de cette hétérogénéité que la loi d'Omori décrivant l'évolution temporelle des répliques ne correspond qu'à un comportement moyen de l'ensemble des aspérités sur une faille, chaque aspérité suivant quant à elle une dynamique quasi-déterministe.<br>L'étude de la variation de contrainte produite par le remplissage d'un réservoir magmatique a également été réalisée. Sur trois volcans basaltiques (Kilauea et Mauna Loa, à Hawaii et Piton de la Fournaise sur l'île de la Réunion), l'évolution de la sismicité et de la déformation résultant d'une accumulation de magma en profondeur est décrite. Cette description permet alors l'identification d'un processus magmatique à partir des signaux induits en surface, en particulier à partir du taux de sismicité.<br>Dans un dernier temps, le rôle de la sismicité dans son propre déclenchement est évalué. Une méthodologie ne reposant que sur deux hypothèses simples (linéarité et approche champ moyen) est proposée. Cette méthode est capable de recouvrir la part de la sismicité qui ne résulte pas d'interactions entre séismes. Finalement, plusieurs extensions de cette méthode, dans le cas où le chargement est non-stationnaire, sont décrites pour retrouver la signature de transitoires asismiques.