La texturation de surface est une thématique récente qui suscite un certain engouement pour les contacts dynamiques. Pendant de nombreuses années, les tribologues ont privilégié les surfaces lisses aux faibles rugosités pour limiter le frottement. Inspiré des rugosités de surface organisées observées dans la nature, les topologies de surfaces sont désormais axées sur la texturation et la structuration des rugosités. Fort de ce potentiel, de nombreuses études traitent, par une approche numérique, la modélisation de ces surfaces et les études expérimentales sont rares, avec une instrumentation souvent insuffisante pour appréhender tous les phénomènes physiques. Par une approche expérimentale, nous analysons le comportement des butées hydrodynamiques à faces parallèles partiellement texturées. Les 80 capteurs équipant le dispositif d'essais permettent d'apprécier avec rigueur la phénoménologie à l'interface du patin et du film lubrifiant. L'analyse met l'accent sur la capabilité de ce composant à être intégré dans un environnement industriel. Afin d'objectiver les résultats, les campagnes d'essais sont menées sur dix butées hydrodynamiques dont quatre sont munies de texturation. Une comparaison de ces butées facilite leur classement en termes de capacité de charge, de réduction de frottement ou encore de risque d'usure dans les phases de démarrage. Pour les configurations étudiées, les butées texturées ne peuvent concurrencer les butées à poches ou à plans inclinés du point de vue de la capacité de charge. En se référant à une butée à faces parallèles, les butées texturées permettent une réduction du frottement de 30% à faibles charges tandis que pour de fortes charges, les / Surface texturing is a recent topic which has raised a great interest in contact dynamics. For many years, engineers have favored smooth surfaces with low roughness in order to minimize friction losses. Inspired by textured surfaces which can be commonly found in nature, the research in surface topography is now focused on texturing and roughness characterization. Considering the great potential of surface texturing, many research studies analyze this subject, most commonly theoretically, while experimental works are often performed with inadequate equipment which does not allow a proper evaluation of the involved physical phenomena. This study uses an experimental approach in order to analyze the behavior of hydrodynamic thrust bearings with parallel textured pads. The experimental device is equipped with 80 sensors which allow a proper assessment of the phenomenology at the film/pad interface. This analysis focuses on the capability of this textured component to be integrated in an industrial environment. To objectify the results, the tests are conducted on ten hydrodynamic thrust bearings, among which four are textured. The comparison between the performances of these bearings facilitates their classification in terms of load-carrying capacity, friction loss and wears resistance during the start-up period. Results show that for the studied configurations, the textured thrust bearings cannot compete with pocketed or tapered land thrust bearings in terms of load-carrying capacity. In the case of parallel thrust bearings, surface texturing can help to reduce friction up to 30% at low loads while for heavy loads, their performance is equivalent or even lower than that of

Au cours des dernières années, l'élaboration de surfaces fonctionnelles par voie chimique et/ou topographique a connu un intérêt croissant. Des avancées significatives ont été réalisées pour l'optimisation des propriétés de surface, notamment tribologiques, via l'introduction de traitement visant à structurer à l'échelle nano- et micrométrique la surface de certains composants mécaniques. Différentes approches, chimiques, mécaniques ou énergétiques, peuvent être employées pour l'amélioration ou la maîtrise du frottement et de l'usure, néanmoins le traitement de surface par laser femtoseconde se distingue comme un des meilleurs procédés d'ablation, capable dans certaines conditions de générer des morphologies de surface auto-organisées périodiques, parfois multi-échelles, et appelées ripples. Cette technique appelée Laser Surface Texturing (LST), désormais couramment utilisée en tribologie et applicable à une grande variété de matériaux, présente de nombreux avantages parmi lesquels peuvent être mentionnés les vitesses de texturation atteintes ainsi que la qualité des structures de surface obtenues. De nombreux domaines ont actuellement recours à la texturation de surface par laser comme voie d'amélioration des propriétés tribologiques, comme l'automobile, et d'autres dont la filière du biomédical incarnent progressivement un nouveau champ d'expérimentations. Récemment, une nouvelle génération de prothèses tout en polymère poly(éther éther cétone) (PEEK) a vu le jour, suscitant un intérêt pour des études tribologiques. Ainsi, la texturation de surface par laser femtoseconde du PEEK comme matériau biomédical, en vue d'améliorer ses performances tribologiques, constitue le contexte général de ce travail de thèse. Cette étude traite d'une part, à l'échelle d’un impact laser, du phénomène d'interaction laser-PEEK en mode ultrabref et d'autre part, à l'échelle d’un contact mécanique, de l'optimisation d'une texturation de surface pour la maîtrise du frottement et la réduction de l'usure d'un couple PEEK/PEEK. / Over the past few years, the development of functional surfaces by chemical and/or topographical ways has shown an increasing interest. Significant advances have been made to optimize surface properties, including tribological properties, through the introduction of processes for the surface texturing at micro and nano scales. Chemical, mechanical and energetic approaches can be used to improve or control the friction and the wear of materials. The femtosecond laser stands out as one of the best methods for ablation, being able, under certain conditions, to generate periodic self-organized surface morphologies (sometimes multiscales) and called ripples. This technique known as laser surface texturing (LST), nowadays commonly used in tribology and applicable to a wide variety of materials, has many advantages including the texturing speeds and the quality of surface structures obtained. Currently, many fields such as the automobile industry and the biomedical sector use the laser surface texturing as a means of improving the tribological properties. Recently, a new generation of poly(ether ether ketone) (PEEK) polymer prostheses has emerged, arousing interest for tribological studies. The surface texturing of PEEK, as a biomedical material, by femtosecond laser, in order to improve its tribological performance, provides the general context of this thesis. This thesis first deals with the laser-PEEK interaction at the scale of a laser impact and then it focuses on the optimization of the surface texturing in order to control friction and reduce wear of a PEEK/PEEK tribosystem.

Le PTFE ne peut pas être mis en forme par les procédés classiquement employés pour les polymères. La production de pièce peut se faire par compaction de poudre et frittage. Des charges peuvent être ajoutées à la poudre vierge. Afin de prédire les propriétés de la pièce à vert et d'avoir un outil fiable pour optimiser les paramètres du procédé de compaction, une modélisation du comportement mécanique de poudres de PTFE chargées, ou non, à température ambiante lors du pressage industriel est proposée. La caractérisation expérimentale des matériaux est réalisée grâce à un outil de compaction 3D installé dans la machine triaxiale ASTREE. A partir de ces essais originaux, un modèle Drucker-Prager/cap est identifié. Les variations importantes de densités et de propriétés sont décrites. Le changement de phase cristalline, prenant place à température ambiante et sous pression est également caractérisé, modélisé et implémenté dans le code EF. Ensuite, l'interaction entre le PTFE et l'outil métallique est vue comme un frottement interne entre le film de transfert de PTFE et le reste de la pièce. Elle est modélisée à partir des paramètres déjà identifiés, à savoir le coefficient de frottement interne du Drucker-Prager et la cohésion. Deux tests sont mis en place pour valider le modèle: un outil ¿dométrique instrumenté et un outil original " en V " offrant la possibilité de mesurer le champ de déplacement par Corrélation d'Image Numérique. Des simulations EF de l'ensemble du procédé sont finalement effectuées et comparées aux données industrielles. Les premiers liens entre les étapes de compaction et de frittage sont établis par caractérisation de la texture cristalline par DRX. / PTFE is not melt-processible. One of the production methods of PTFE parts consists in the powder compaction at room temperature followed by a thermal treatment, the sintering. Fillers can be added to the virgin powder. In order to be able to predict the properties of the obtained green parts and to have a reliable tool to optimize the parameters of the process, modeling of the mechanical behavior of PTFE compounds during their industrial pressing in big billets is proposed. Experimental characterization is made thanks to a 3D compaction tool, installed in the triaxial machine ASTREE. From original and complex loadings, a Drucker-Prager/cap model is identified, where the variations of density and properties are described. In addition to the elastoplastic model, a phase transformation in the crystalline structure at ambient temperature under pressure is experimentally characterized, modeled and implemented in the FE code. Then the interaction of the PTFE with a metallic counterpart is described as a friction between the PTFE transfer film and the bulk PTFE, characterized by the internal friction coefficient of the Drucker-Prager line once the cohesion of the material is reached. No additional parameter needs to be identified. Two laboratory tests allow the validation of the model, an instrumented œdometric tool and an original ‘V’ tool where the displacement field of the material during the compaction is measured by Digital Image Correlation. FE simulation of the whole compaction process is finally made and compared to industrial data. First links between the compaction and the sintering are established by a characterization of the crystalline texture thanks to XRD.

Ce travail de thèse porte sur l’étude du comportement de l’interface sol-pieu sous sollicitations cycliques dans les sols fins. Dans ce cadre, un important programme expérimental a été réalisé en chambre d’étalonnage, à partir d’une sonde-pieu et d’un piézocône testés dans des massifs d’argile saturée. Pour réaliser cette étude, on a, en particulier, développé un consolidomètre prototype pour la reconstitution des massifs d’argile. On s’est intéressé plus particulièrement, lors de chargements cycliques réalisés à déplacement contrôlé, aux évolutions du frottement local mobilisé à l’interface sol-pieu et de la résistance en pointe. L’étude expérimentale a permis de mettre en évidence l’influence des paramètres clés sur le comportement observé et, plus spécifiquement, sur l’évolution des propriétés de frottement d’interface. On s’est intéressé, en particulier, à l’influence de l’amplitude du chargement cyclique, de la fréquence des sollicitations, ainsi que du nombre de cycles appliqués. L’accent a été mis sur le cas des grands nombres de cycles, typiquement quelques centaines de milliers, encore peu étudié dans la littérature. Il faut également ajouter l’étude de l’influence du niveau des contraintes initiales appliquées au massif. Les résultats expérimentaux ont permis de mettre en évidence, après une phase de dégradation initiale, une phase de renforcement du frottement local. Ce type de comportement n’a pas encore été décrit dans la littérature. La phase de dégradation est attribuée à l’augmentation progressive de la surpression interstitielle à l’interface au cours des cycles, tandis que la phase de renforcement est attribuée à la dissipation progressive de la surpression interstitielle. Par ailleurs, un essai de chargement cyclique sur un piézocône a été réalisé afin de quantifier précisément la variation des surpressions interstitielles à l’interface sol-pieu et dans le massif, lors des différentes phases de chargement, et ainsi valider les interprétations faites concernant les phases de dégradation et de renforcement. / This Ph.D. dissertation focuses on the behavior of the pile-soil interface under cyclic loading. In this context, an experimental program was conducted on the Navier calibration chamber using an instrumented pile-probe and a piezocone installed in saturated clay samples. In order to carry out this study, we developed, In particular a slurry consolidomètre prototype to reconstitute fully saturated clay samples. Special attention was given, during displacement controlled cyclic tests, to local friction evolution mobilized at the pile-soil interface and mobilized tip résistance. The experimental study has allowed the demonstration of the influence of the key parameters on the observed behavior and more specifically, on the local friction at the interface. We examined, in particular, the influence of amplitude of cyclic displacement, the frequency of cyclic loading and the applied number of cycles. Emphasis was put on the case of large number of a few hundred thousand of cycles that is still little studied in the literature. We also study the influence of initial consolidation pressure. The experimental results allowed us to identify, after an initial phase of stress softening, a new phase of stress hardening of local friction. This behavior is not yet described in the literature. The stress softening phase is related to the progressive generation of pore water pressure while the stress hardening, for its part, is related to a gradual dissipation of the generated pore water pressure. Furthermore, a complete sequence of monotonic and cyclic tests were conducted on a piezocone in order to quantify, in a precise manner, the generated pore water pressure at the pile-soil interface during different loading phases and thus validate interpretations given for stress-softening and stress-hardening phases based on the observed results.

Ce travail se consacre à la simulation numérique tridimensionnelle de suspensions denses, monodispersés, non-inertielles et non-colloïdales. Nous avons pour ce faire développé une méthode numérique basée sur une approche de type domaine fictif. Le modèle inclut également une modélisation détaillée des forces de lubrification ainsi que des forces de contact avec prise en compte des rugosités et du frottement. Un résultat majeur est le rôle important du frottement entre particules sur la rhéologie de la suspension – en particulier sur la viscosité de cisaillement et les contraintes normales – mais aussi sur la viscosité normale ou la diffusion des particules. Le frottement contribue à augmenter fortement la contrainte de contact alors que la contrainte hydrodynamique n’est quasiment pas affectée. Cette contrainte de contact s’avère être la contrainte majoritaire dans les suspensions denses. La prise en compte du frottement dans les simulations permet de se rapprocher notablement des résultats expérimentaux. Le rôle du confinement est également étudié et les parois s’avèrent conduire à une organisation locale marquée de type hexagonal ainsi qu’à un glissement. Cette organisation entraîne des effets sensibles sur les propriétés rhéologiques surtout pour la première différence de contraintes normales N1 qui peut localement devenir positive. Enfin, nous abordons l’impact d’amas percolants de particules dans la suspension. La fraction volumique de percolation se situe entre 0,3 et 0,4 avec un effet marqué de la rugosité, du frottement et de la taille du domaine. / This work is devoted to three-dimensional numerical simulations of monodisperse non-inertial non-colloidal concentrated suspensions. To this end, a numerical method based on a fictitious domain technique is developed. It includes a detailed lubrication model as well as a contact model allowing for particle roughness and friction. One major result is the strong effect of friction on rheology, especially on shear viscosity and normal stresses. It also alters markedly normal viscosity or particle diffusion. Friction acts mostly through an increase in the contact stress since the hydrodynamic stress remains unaffected. This contact stress occurs to be the prevailing stress in dense suspensions. Overall, frictional results are in much better agreement with available experiments. The role of confinement is investigated as well and walls are shown to induce a strong local hexagonal ordering with a significant wall slip. This wall-induced ordering has a notable effect on rheology, especially on the first normal stress difference N1 that can be locally positive. Finally, we have studied the percolation of particle clusters across the suspension. The critical volume fraction is found to be in the range 0.3~0.4, with a significant dependence on roughness, friction, and domain size. Percolating clusters characteristics can globally be described by an isotropic percolation theory, with discrepancies regarding some critical exponents however. The role of percolating clusters on rheology is found to be very limited.

Lors de la mise en oeuvre du béton dans les coffrages ou lors du pompage du béton, une couche, appelée couche limite, constituée d’eau et de fines, se forme près de l’interface. Diverses études ont montré que le frottement à l’interface béton-paroi dépend essentiellement des propriétés rhéologiques de la couche limite, de sa composition et de la rugosité de la paroi. L’objectif principal de cette étude est de comprendre les phénomènes se produisant à l’interface à l’échelle des grains. Toutefois, compte tenu de la complexité de deux corps en contact : couche limite et paroi, le système étudié est simplifié. La complexité du matériau béton a ainsi été simplifiée, en considérant que ce milieu est constitué de grains sphériques monodisperses et sans cohésion. Par ailleurs, la rugosité de la paroi formée en réalité par des aspérités irrégulières, est représentée par des géométries simples. L’étude repose sur l’utilisation de deux modèles, un modèle analogique et un modèle numérique.L’approche analogique est constituée d’un dispositif expérimental monté sur le tribomètre. Le cisaillement s’effectue en déplaçant, une baguette crénelée placée sous un empilement de billes confiné par une masse. Trois baguettes représentant trois rugosités différentes sont utilisées. Les résultats expérimentaux montrent que les conditions à l’interface (vitesse, rugosité, pression) influent sur le frottement et sur les mécanismes à l’interface.L’approche numérique est basée sur la méthode des éléments distincts. La rugosité de la paroi est modélisée par un assemblage de sphères collées sur un plan mobile. Les résultats obtenus montrent une bonne concordance entre les approches numérique et expérimentale. De même, l’étude numérique réalisée en conditions périodiques et pour différentes rugosités montre que les conditions à l’interface influent sur le frottement et sur le comportement du milieu près de l’interface (profils de vitesses, épaisseur de la couche cisaillée, etc.). / When fresh concrete is placed into formworks or during concrete pumping, a layer, called boundary layer, consisting of water and fines, is formed at the interface. Various studies have shown that the friction between the concrete and the wall (form or pipe) is closely linked to the rheological properties of the boundary layer, its composition and the wall roughness. This study aims at understanding the wall-concrete interface phenomena at a grain scale. However, due to the complex nature of the two bodies in contact: boundary layer and wall, a simplified system has been considered. The concrete has been simplified by assuming that it consists of monodispersed spherical grains and without cohesion. Moreover, the irregular asperities of the wall roughness are represented by simple geometries. The study is based on the use of two models, an analog model and a numerical model.The analog approach consists of an experimental device fitted on the tribometer. The test consists in moving rough plates under stacks of confined monodispersed beads. The roughness of the plate is represented by crenels. Three plates representing different roughnesses are used. The experimental results show that the friction and the interface mechanisms are affected by the interface conditions (velocity, roughness, pressure).The numerical approach is based on the Discrete Element Method (DEM). The wall roughness is modeled by an assembly of spheres fixed on a moving plane. The results obtained by numerical simulations compared with those of the analog model show a good confrontation. As well, the numerical study carried out with periodic boundary conditions and for different roughnesses shows that the interface conditions affect the friction and the behavior of the medium near the interface (velocities profiles, thickness of the shear layer, etc.).

Dans un turboréacteur civil, le contact aube/disque de la turbine basse pression est soumis à un cyclage thermomécanique dû aux dilatations et déplacements différentiels des pièces pendant les phases de vol. Ce cyclage implique des micro-mouvements alternés relatifs, c’est-à-dire du fretting, à l’interface aube/disque. Le fretting à l’étude ici concerne un contact céramique-métal, en vue de comprendre le comportement tribologique des futures aubes revêtues de céramique en remplacement des pièces métalliques traditionnelles. Dans un premier temps, différents revêtements sont comparés vis-à-vis de leur tenue à l’usure par fretting à la température de fonctionnement des pièces (700°C). L’alliage métallique du contrecorps est celui du clinquant protégeant le disque, à savoir l’alliage base cobalt HS25. Pour le contact HS25/céramique le plus prometteur, le taux d’usure très bas ainsi que le faible frottement observés sont associés à la formation d’une glaze layer. La glaze layer est un troisième corps formé à partir des débris d’usure qui apparaît dans des contacts frottant à haute température. Traditionnellement observée pour des contacts métal/métal, sa formation pour un contact métal/céramique est nouvelle. La glaze layer est alors étudiée en détail. D’un point de vue tribologique, on établit sa cinétique et ses conditions de formation en température et en fonction des paramètres tribologiques, afin de garantir une usure faible en conditions de vol. D’un point de vue morphologique, la glaze layer est caractérisée comme étant un matériau nanostructuré amorphe et cristallin, formé à partir de débris à la fois métalliques et oxydés. Enfin, la glaze layer nanostructurée est associée à un comportement mécanique ductile dans son domaine de stabilité, alors que les débris sont fragiles en conditions d’usure forte. La corrélation des angles d’étude de la glaze layer permet alors de connaître les modalités de sa formation, en vue d’anticiper la protection d’un contact vis-à-vis de l’usure grâce à la création d’une glaze layer. / In a civil turbojet motor, the blade/disk contact in the low pressure turbine undergoes thermomechanical cycling due to relative displacements between parts during the different flight phases. This cycling results in reciprocating micro-movements named “fretting” at the blade/disk interface. This study focuses on a ceramic versus metallic contact under fretting, aimed at describing the tribological behavior of developing ceramic-coated blades to replace phased-out metallic parts. Firstly, different ceramic coatings are compared regarding their wear resistance under fretting at in-flight temperature (700°C). The counterbody is the HS25 (cobalt-based alloy) protecting foil of the disk. The most favorable ceramic/metallic tribocouple evidences a very low wear rate as well as low friction that match the formation of a glaze layer. The glaze layer is a third body formed from wear debris in high temperature rubbed contacts. Such tribofilm has been commonly observed in metallic/metallic interfaces but its occurrence in a ceramic/metallic contact is new. Then the glaze layer is precisely characterized. Tribologically speaking, its kinetics and formation conditions are determined over temperature and tribological parameters, in order to ensure low wear under flight conditions. Morphologically, the glaze layer is a nanostructured amorphous and crystalline sintered from both metallic and oxidized worn debris. Finally, the nanostructured glaze layer is mechanically described as a ductile material in its stability domain, whereas debris from severe wear are brittle. The correlation of morphological, physico-chemical and mechanical studies enlighten the glaze layer formation criteria, with the aim of predicting glaze layer occurrence, hence wear protection for a given contact.

Le comportement mécanique des structures fibreuses, particulièrement le comportement transverse de filés de fibres et de mèches multi-filamentaires est tributaire entre autre du contact et glissement inter fibre. La connaissance de loi de comportement en compression transverse est un verrou scientifique de taille lors de la modélisation numérique du comportement mécanique de structures fibreuses. La mesure des propriétés frictionnelles des fibres, dont les dimensions transversales sont en général très faibles, est une entreprise très délicate. Le contact et le mouvement relatif entre deux fibres, malgré leurs complexités peuvent être résumés par trois cas simples, schématisés ci-dessous. Il existe dans la littérature scientifique un certain nombre d’études et de dispositifs sur le contact et le frottement interfibre, mais ils se concentrent tous sur les cas A et B, rien ne permet pour l’instant de modéliser et de mesurer le frottement interfibre dans la configuration C. Or, c’est bien dans cette dernière configuration que se produisent les mouvements interfibre lors de la compression transversale des filés ou mèches multi-filamentaire. De nouveaux dispositifs expérimentaux ont été conçus et développés afin de caractériser le frottement transversal entre fibres. / The mechanical behavior of fibrous structures, particularly the transverse behavior of spun yarns and multi-filament strands is among others dependent on contact and inter fiber slippage. Knowledge of law of transverse compression behavior is a relatively important lock at numerical modeling of fibrous structures’ mechanical behavior. Measuring of frictional properties of very thin fibers is not easy because of very low levels of normal and tangential interfiber forces developed during the fiber contact. The contact and relative motion between two fibers, despite their complexity, can be summarized by three simple cases shown above. In scientific literature, there are a number of studies and experimental devices on interfiber contact and friction, but they all focus on the A and B cases; nothing is proposed unfortunately in the experimental literature on the t-t friction measurement type (case (c) in Figure above). However, it is in this configuration that the inter fiber movements occur during transverse compression of yarns or multi-filament strands. New experimental devices have been designed and developed in order to characterize the transversal friction between fibers.

Ce travail s’intéresse à la modélisation de la variabilité des surfaces frottantesde garnitures de freins automobile et a pour objectif principal d’améliorer lesmodèles éléments finis de prédiction d’instabilités dynamiques conduisant au crissement. La variabilité est étudiée au sens de la description et de l’évolution des surfaces en contact. Une analyse statistique expérimentale de plusieurs plaquettes, soumises à quatre programmes d’usure différents, permet de construire une description non déterministe des surfaces en contact. Cette description fait intervenir soit des champs aléatoires pour la représentation de la topographie des surfaces, soit des paramètres aléatoires dans les lois de contact, pour tenir compte de la variabilité au niveau structurel et tribologique. Un modèle de frottementlocal intégrant la dépendance à la pression, la température et la vitesse de glissement est proposé. Une première simulation montre que la modélisation permet d’obtenir des distributions de pression réalistes. La méthodologie proposée est ensuite évaluée sur deux systèmes de freinage industriels présentant des comportements au crissement différents. Les résultats de campagnes d’essais vibratoires et acoustiques préalables, par vibrométrie Laser et holographie acoustique, permettent de vérifier et d’ajuster la qualité des modèles éléments finis de ces systèmes. L’impact de la variabilité des surfaces sur le crissement est observé sur banc d’essais puis simulé par l’analyse fréquentielle. Les comparaisons confirment que la méthodologie permet de vérifier l’impact de l’évolution de l’interface plaquette-disque sur le comportement crissant de systèmes de freinage complexes. / This work concerns the modelling of the variability of automotive brake liningsurfaces, and has for main purpose the improvement of the predictive aspect of finite element model dealing with the study of dynamic instabilities leading to squeal. The study of the variability is done considering the description and the evolution of the surfaces in contact. An experimental statistical analysis of several brake pads, following four different wear programs, allows the development of a non-deterministic description of the surfaces in contact. This description brings into play either random fields for the modelling of the surfaces topography modelling, or random parameters for the modelling of contact laws, lining structure and tribological behaviour. A local rubbing model considering pressure, temperature and slipping velocity is suggested. Moreover, realistic pressure distributions are achieved. Afterwards, the method given is assessed for two different industrial braking systems, with two different squeal behaviours. The results of a preliminary vibratory and acoustic series of tests, by means of Laser vibrometry and acoustic holography, allow to check and to adjust the quality of the finite element models. The consequences of the surfaces variability on the squeal is examined on test benches, and then simulated with the frequency analysis method. Comparisons with experimental results confirm the capacity of the methodology to analysis the impact of the pad-to-disc interface evolutions on the squealing behaviour of complex brake systems. The methodology capacity for checking the impact of the pad-disc interface evolution on the squeal behaviour of complex braking systems is confirmed by comparisons.

La fonction principale des systèmes d'ancrage des éoliennes offshore flottantes est de limiter les mouvements du support. Les lignes d'ancrage qui les composent sont typiquement constituées de chaînes, de câbles aciers, de câbles synthétiques ou d'une combinaison de ces composants.Dans cette thèse, on se concentre sur les câbles en acier qui permettent de réduire le poids et d'augmenter la résistance en tension par rapport aux chaînes. Leur dimensionnement dépend des chargements en tension et flexion, liés aux mouvements du flotteur sous l'action de la mer et du vent.L'objectif de la thèse est le développement d'un nouveau modèle numérique pour prédire la durée de vie en fatigue des câbles d'ancrage d'une éolienne offshore flottante. Il doit notamment simuler les glissements relatifs entre les fils au cours d'une flexion du câble. Des résultats d'essais de tension-flexion de la littérature ont en effet montré que la première rupture est localisée près du plan neutre de flexion, où ces déplacements relatifs sont les plus grands. Cet effet majeur sur la durée de vie du câble n'est pas pris en compte par les lois de fatigue en tension-tension des normes de design offshore actuelles.Il faut aussi remarquer que l'utilisation d'un modèle détaillé de câble dans une démarche de dimensionnement à la fatigue représente un vrai défi. Le nombre élevé d'interactions de contact à modéliser, de l'ordre de plusieurs milliers par mètre de câble, et le grand nombre de cas de chargement rendent ce type de calculs très coûteux.Les chargements qui sont utilisés dans le modèle local de câble sont issus de calculs globaux réalisés à l'aide d'un logiciel multiphysique (Deeplines). Ce logiciel permet de simuler les conditions environnementales (vent, houle, courant) appliquées sur l'ensemble de la structure offshore.Nous montrons que le comportement non linéaire en flexion du câble, lié aux interactions de contact entre les fils, n'influence pas significativement les résultats du modèle global. Cette observation justifie une démarche de type descendante, les calculs globaux pouvant être réalisés en première étape. Les évolutions temporelles des tensions et courbures globales sont appliquées uniformément sur le fil central du modèle local du câble. La continuité du câble est représentée par des conditions de périodicité reliant les sections de bord à des points internes du modèle situés sur la même position circonférentielle. Les fils sont modélisés par des éléments poutres. On obtient les contraintes généralisées sur les fils, les forces de contact et les glissements relatifs. Des premières analyses ont montré que les déplacements relatifs entre les fils restent petits dans notre cadre d'application. Afin de réduire le coût calcul, nous avons développé un nouvel élément de contact entre poutres non parallèles, avec un appariement fixe de contact, dans l'hypothèse de petits glissements mais en grands déplacements et grandes rotations. Des tests numériques montrent l'amélioration obtenue, avec un résultat plus proche d'un modèle de référence qui considère un contact surfacique. De plus, le nouveau modèle réduit significativement le coût calcul et se montre plus robuste en convergence, ce qui s'avère crucial pour un calcul de fatigue. Les sorties du modèle local sont ensuite utilisées pour prédire un état de contrainte 3D, en exploitant des solutions analytiques de contact entre corps cylindriques. Finalement, un critère de fatigue multiaxial de la littérature est appliqué pour évaluer le risque en dommage. / The main function of mooring systems of floating offshore wind turbines is to ensure station keeping. The mooring lines can be composed of chains, wire ropes, synthetic ropes, or even a combination of them. In this thesis we focus on wire ropes, whose advantage over chain is to sustain high tension at a lower weight. Their design must consider the successive tension and bending loading induced by the floater movement for various wind and waves conditions.The thesis purpose is to develop a new numerical model, dedicated to the prediction of fatigue damage in mooring wire ropes of a floating wind turbine. In particular it has to simulate the relative movements between the wires when the rope is bent. Results from free-bending fatigue tests in the literature show the importance of these effects, since the first rupture is localized near the neutral plane, where fretting is more important. This phenomenon affecting the fatigue life is not considered by fatigue criteria of current offshore standards, which are related to tension-tension loading.It is worth noting that the use of a detailed model of wire rope in a fatigue design procedure represents a real challenge. The high number of contact interactions to be modeled, which are several thousands per meter of rope, and the large amount of loading cases make this type of computations extremely time-consuming.The loading used in the developed local model of wire rope is obtained from global computations performed with a dedicated multiphysics software (Deeplines). This software allows to simulate the environmental conditions (wind, waves, current) applied on the whole structural system.Some preliminary computations showed that the nonlinear bending behavior of the wire rope, linked to the wire contact interactions, does not significantly affect the output of the global model. This observation justifies the use of a top-down scheme, with a prior computation of the global scale.The global scale tension and curvature are then uniformly imposed on the central wire of the local model. The continuity of the rope is represented by periodic conditions which link the end sections to points within the model, at the same circumferential locations. The wires are modeled by beam elements. The outputs at the local scale are the stress resultants on the wires, and the contact forces and relative displacements at contact locations.Small sliding between the wires has been observed from first numerical analysis, for a representative loading case. Therefore, in order to reduce the computational cost of the wire rope model, a new node-to-node contact element has been developed, dedicated to the modeling of contact between non-parallel beams with circular cross section. It assumes fixed contact pairing and finite rotations. Numerical benchmarks and experimental tests on wire ropes show the improvement with results closer to a reference surface-to-surface model, when compared to standard algorithm for the simulation of contact between beams. Moreover, the new model reduces significantly the CPU cost and is also more robust, which is crucial for fatigue life estimates.The outputs of the local scale model are then used to obtain the complete 3D stress state by means of analytical solutions of contact between solids with cylindrical shape. Finally, a multiaxial fatigue criterion is applied in order to assess the safety of the system.