L'effet du temps sur le comportement mécanique du matériau bois est déterminant aussi bien dans l'étude biomécanique de des arbres, que dans la réponse des structures bois ou encore dans l'optimisation des procédés de transformation et de conservation de ce matériau. Du fait de la nature polymérique de ses constituants, le bois présente une viscoélasticité fortement dépendante de l'humidité et de la température de l'environnement. Une variation de la teneur en eau sous chargement mécanique a pour effet d'accroître le fluage ou la relaxation, connu sous le nom d'effet mécanosorptif. Les phénomènes mécanosorptifs sont généralement considérés comme indépendants du temps. Toutefois, les contributions du temps et des variations de teneur en eau sont délicates à séparer. Une approche phénoménologique expérimentale a été mis en oeuvre à partir d'essais de fluage à long terme pour décrire la cinétique d'évolution longitudinale d'origine viscoélastique et l'extrapoler au moyen de modèles paraboliques. Les résultats obtenus ont permis d'évaluer un niveau limite de complaisance pour des temps infinis. Les effets mécanosorptifs ont pu être comparés à cette description viscoélastique semblant mettre en évidence des phénomènes irréversibles. La compréhension des mécanismes en jeu lors de ces processus complexes à fait l'objet d'une étude particulière du comportement in-situ de la cellulose par des expérimentations de diffraction de rayons X. Ce travail a montré un comportement de la cellulose cristalline se déformant proportionnellement à la déformation macroscopique. Le travail réalisé vise à apporter des éléments fondamentaux pour améliorer la compréhension des mécanismes de déformation du bois, confronter les normes en vigueur dans son usage à long terme en structure (Eurocodes 5) et développer les lois de comportement mécaniques macroscopiques.

L'effet du temps sur le comportement mécanique du matériau bois est déterminant aussi bien dans l'étude biomécanique de des arbres, que dans la réponse des structures bois ou encore dans l'optimisation des procédé de transformation et de conservation de ce matériau.Du fait de la nature polymérique de ses constituants, le bois présente une viscoélasticité fortement dépendante de l'humidité et de la température de l'environnement. Une variation de la teneur en eau sous chargement mécanique a pour effet d'accroître le fluage ou la relaxation, connu sous le nom d'effet mécanosorptif. Les phénomènes mécanosorptifs sont généralement considérés comme indépendants du temps. Toutefois, les contributions du temps et des variations de teneur en eau sont délicates à séparer.Une approche phénoménologique expérimentale a été mis en oeuvre à partir d'essais de fluage à long terme pour décrire la cinétique d'évolution longitudinale d'origine viscoélastique et l'extrapoler au moyen de modèles paraboliques. Les résultats obtenus ont permit d'évaluer un niveau limite de complaisance pour des temps infinis. Les effets mécanosorptifs ont pu être comparés à cette description viscoélastique semblant mettre en évidence des phénomènes irréversibles.La compréhension des mécanismes en jeu lors de ces processus complexes à fait l'objet d'une étude particulière du comportement in-situ de la cellulose par des expérimentations de diffraction de rayons X. Ce travail a montré un comportement de la cellulose cristalline se déformant proportionnellement à la déformation macroscopique jusqu'à l'application d'une valeur seuil pour laquelle la cellulose ne se déforme plus.Le travail réalisé vise à apporter des éléments fondamentaux pour améliorer la compréhension des mécanismes de déformation du bois, confronter les normes en vigueur dans son usage à long terme en structure (Eurocodes 5) et développer les lois de comportement mécaniques macroscopiques. / The effect of time on mechanical behaviour of wood is decisive for biomechanical study of trees as well as response of timber structures or improvement of transformation process and preservation of this material.Originating from the polymeric nature of its constituents, wood presents a viscoelastic behaviour highly dependent on humidity and temperature of the environment. A moisture content change combined with mechanical loading creates an increase of creep or relaxation, known as mechanosorptive effect. Mechanosorptive effects are usually considered as time-independent. However the contributions of time and moisture content change are delicate to separate.An experimental phenomenological approach has been implemented based on long term creep test to describe longitudinal viscoelastic kinetics of evolution and extrapolate using parabolic models. The results obtained allow to quantify a finite value of compliance to infinite time. Mechanosorptive effects have been compared to this viscoelastic description and figure out irreversible phenomena.To understand the underlying mechanisms a specific analysis of in-situ cellulose behaviour by X-ray diffraction experiments has been conducted. The behaviour of crystalline cellulose reveals a proportional relation to macroscopic strain until a limit value is reached where the cellulose does not deform any more.The work performed aims at gathering fundamental elements for a better understanding of deformation mechanisms of wood, setting actual standards against the long term creep prediction of timber (Eurocode 5) and developping constitutive equations of wood.

De nombreux objets en bois ancien posent des difficultés de conservation et de restauration. En plus des problèmes liés au vieillissement naturel du bois, la conservation et la restauration des panneaux peints sont des exercices délicats de mise en œuvre, à cause des phénomènes complexes d’échanges hydriques asymétriques entre la couche picturale et le revers du tableau. Les restaurateurs du patrimoine ont cherché à éliminer la courbure du panneau par humidification et pression progressive afin de renforcer et aplanir le panneau ; ou simplement, en termes d’acte de restauration, par amincissement par l'arrière du support du tableau puis collage sur un support rigide. Entre manipulations malheureuses et stockage dans des conditions non contrôlées, cela a eu pour conséquence l’écaillage et la perte partielle de la couche picturale de certains d’entre eux, sans oublier l’initiation de fissures. Ainsi, les objets du patrimoine que nous manipulons sont des témoins précieux à la fois d'un art, d'une époque et d'un comportement à long terme du matériau considéré. Nous nous sommes intéressés, dans un premier temps, à la compréhension plus fondamentale du vieillissement du bois. Pour cela nous avons traité hygro-thermiquement à 120degree C à différentes humidités et à 50degree par cycles d'humidité des échantillons de peuplier (Populus alba). Nous avons pu mettre en avant les processus physico-chimiques et également le phénomène de réversibilité des traitements hygro-thermiques. Puis, nous avons étudié le comportement d'une partie d'un panneau peint, afin d'étudier relation bois - couche préparatoire. Nos résultats montrent que les couches préparatoires ont un comportement hygromécanique bien différent les unes des autres, et qu'il est important de connaître la composition fine de ces couches avant de pouvoir analyser le comportement global du panneau peint. Enfin, nos travaux ont concerné l’étude expérimentale, basée sur des mesures de masse en continu et des mesures de champ de déformation par stéréo-corrélation, et la simulation du comportement hygromécanique d’un panneau de bois soumis à des fluctuations hygrothermiques. Nous avons pu découpler d'un point de vue expérimental les différents composants intervenant dans l'hygromécanique du panneau peint, et nous avons œuvré pour la mise en place d'un outil de simulation numérique pouvant rendre compte des phénomènes observés. Ce travail de thèse présente donc d’un point de vue fondamental le comportement d’un panneau de bois soumis à des variations d’humidité, en lien avec les acteurs de la préservation du patrimoine (conservateurs, restaurateurs, scientifiques spécialisés dans ce domaine...) dans le but de développer des outils d’aide à la décision. / Conservation or restoration of many ancient wooden artefacts such as panel paintings is made difficult. In addition by issues linked to wood ageing, but also by the delicate situations originaling from asymmetrical moisture transfer phenomena through surface layer and wooden substrate. Conservators have tried to eradicate panels curvatures by moistening and flattening by pressure ; or simply in term of restoration act, by panel thinning followed by gluing on a rigid support. Between fortunate handling and absence of environmental control, some paint layers flaked material was partially lost, cracks opened. Indeed, the artefacts from cultural heritage that we handle are the witness of ancient times and practices, and may provide keys to the understanding of long-term behaviour of wooden structures. First, we have focused on the basic understanding of wood aging, we have made hygro-thermal treatment at 120degree C for several humidities and at 50degree C by hydric cycles on poplar samples (Populus alba). We underlined physical and chemical process and the reversible effect of heat-treated wood. Then we studied the behaviour of a painted panel part, and the relation between wood and preparatory layer. Our work shows clearly that the hygromechanical behaviour of the preparatory layer is very dependent on its composition, and that it is important to know precisely the layer composition before being able to analyse the global behavior of a panel painting. Finally, our work concerned experimental and numerical study of hygromechanical behaviour of a wooden panel, based on continuous mass weighting and measurement of strain by stereo-correlation during hygrothermal fluctuations of the environment. We decoupled experimentally the different components occurring in hygromechanics of panel painting, and we worked to set up a numerical tool allowing the simulation of observed phenomena. This thesis presents, on a fundamental point of view, the wooden panel behavior under climatic fluctuations, linking with cultural conservator actors (such as curators, conservators, scientists from cultural heritage dots) in order to develop tools to decision help.

Les assemblages PoP pour " Package on Package " permettent d'augmenter fortement la densité d'intégration des circuits et systèmes microélectroniques, par superposition de plusieurs éléments semi-conducteurs actifs. Les interconnexions internes de ces systèmes sont alors soumises à des contraintes jamais atteintes. Nous avons pu identifier, caractériser, modéliser et simuler les mécanismes de défaillance potentiels propres à ces assemblages, et leur évolution : * Les gauchissements dans la phase d'assemblage du " PoP " et ses contraintes thermomécaniques sont plus importants que ceux de chacun des composants individuels. Un modèle analytique original a été construit et mis en ligne afin d'évaluer a priori ce gauchissement. * Les comportements hygroscopiques et hygromécaniques sont simulés et mesurés par une approche originale. L'assemblage " PoP " absorbe plus d'humidité que la somme des deux composants individuels, mais son gauchissement hygromécanique et ses contraintes hygromécaniques sont moins élevées. * Deux types d'essais de vieillissement accéléré sont réalisés pour étudier la fiabilité du " PoP " assemblé sur circuit imprimé : des cycles thermiques et des tests sous fort courant et température élevée. Dans ces deux types d'essais, l'assemblage d'un composant " top " sur un autre composant " bottom " pour former un PoP augmente les risques de défaillances. * L'évolution de la microstructure selon le type de vieillissement est comparée par des analyses physiques et physico-chimiques. Les fissures sont toujours situées dans l'interface substrat/billes, qui correspond aux zones critiques prédites par les simulations.

Les assemblages PoP pour « Package on Package » permettent d’augmenter fortement la densité d’intégration des circuits et systèmes microélectroniques, par superposition de plusieurs éléments semi-conducteurs actifs. Les interconnexions internes de ces systèmes sont alors soumises à des contraintes jamais atteintes. Nous avons pu identifier, caractériser, modéliser et simuler les mécanismes de défaillance potentiels propres à ces assemblages, et leur évolution : • Les gauchissements dans la phase d’assemblage du « PoP » et ses contraintes thermomécaniques sont plus importants que ceux de chacun des composants individuels. Un modèle analytique original a été construit et mis en ligne afin d’évaluer a priori ce gauchissement. • Les comportements hygroscopiques et hygromécaniques sont simulés et mesurés par une approche originale. L’assemblage « PoP » absorbe plus d’humidité que la somme des deux composants individuels, mais son gauchissement hygromécanique et ses contraintes hygromécaniques sont moins élevées. • Deux types d’essais de vieillissement accéléré sont réalisés pour étudier la fiabilité du « PoP » assemblé sur circuit imprimé : des cycles thermiques et des tests sous fort courant et température élevée. Dans ces deux types d’essais, l’assemblage d’un composant « top » sur un autre composant « bottom » pour former un PoP augmente les risques de défaillances. • L’évolution de la microstructure selon le type de vieillissement est comparée par des analyses physiques et physico-chimiques. Les fissures sont toujours situées dans l’interface substrat/billes, qui correspond aux zones critiques prédites par les simulations. / The assemblies PoP (Package on Package) can greatly increase the integration density of microelectronic circuits and systems, by vertically combining discrete semiconductor elements. The interconnections of these systems suffer the stresses never reached before. We were able to identify, characterize, model and simulate the potential failure mechanisms of these assemblies and their evolution: • The warpage in the assembly phase and thermomechanical stress of "PoP" are more serious than the individual components. An original analytical model has been built and put online for pre-estimating this warpage. • The hygroscopic and hygromechanical behaviors are simulated and measured by an original method. The assembly "PoP" absorbs more moisture than the sum of the individual components, but its hygromechanical warpage and stress are smaller. • Two types of accelerated aging tests are performed to study the reliability of "PoP" at the board level: the thermal cycling and the testing under current and temperature. In both types of tests, assembly a component "top" on another component "bottom" to form a “PoP” increases the risk of failure. • The microstructure evolution depending on the type of aging is compared by the physical and physico-chemical analysis. The cracks are always located in the interface substrate/balls, which corresponds to the critical areas predicted by the simulations.

Le thème de cette étude est la modélisation du séchage d'un milieu poreux déformable partiellement saturé (solide, liquide et gaz). Cette modélisation tient compte de la nature du produit ainsi que des conditions initiales et de sa forme. En fait, au cours de leur séchage, les milieux poreux déformables subissent des contraintes liées au retrait volumique. L'objectif est de prévoir ces contraintes afin de contrôler la déformation du produit. La modélisation du séchage des milieux poreux saturés étant maîtrisée, de même pour les milieux non saturés et non déformables. La problématique se pose au niveau de la transition entre milieu saturé et milieu non saturé où il n'existe pas actuellement de modélisation physique continue. Dans ce travail, on propose un modèle décrivant les transferts de chaleur, de masse et de quantité de mouvement appliqué au séchage d'un milieu non saturé et déformable. Le gradient de pression est le terme moteur du transport de l'eau dans le milieu au travers de la loi de Darcy. La particularité du modèle est qu'il tient compte du fort couplage entre transport et comportement rhéologique du matériau en utilisant la notion de contraintes effectives. Les variables de couplage sont la vitesse de déformation du solide et la pression intrinsèque de la phase liquide. Le modèle est validé pour une argile à différentes conditions de séchage convectif. Les simulations montrent la faisabilité du modèle décrivant le séchage d'un milieu partiellement saturé et l'étude de sensibilité montre la forte influence de la perméabilité du matériau et de la pression capillaire d'une part, et des propriétés rhéologiques d'autre part.

Les anciennes peintures sur bois représentent une part importante du patrimoine culturel européen. Depuis longtemps, il est connu que les conditions de stockage peuvent entraîner des dégradations et endommagements des panneaux. Une bonne compréhension de l'état actuel des peintures sur bois ainsi que la prédiction de leur comportement dans diverses conditions climatiques est essentielle pour mieux les conserver et les restaurer. De telles analyses peuvent être faites par le biais de la modélisation numérique. Cependant, la modélisation numérique n'est efficace que si les paramètres des matériaux sont proches de la réalité. Dans ce travail, les modifications mécaniques, physiques et chimiques qui se produisent au cours du vieillissement naturel ont été étudiées pour le bois et les couches picturales. La possibilité d'accélérer le vieillissement par des traitements thermo-hydrique a été appliquée avec succès au bois. Une loi de vieillissement du bois a été trouvée pour la résistance radiale et la clarté de la couleur. Malheureusement, une telle loi n'a pas été obtenue pour les couches picturales. Ensuite, un modèle numérique tridimensionnel de comportement hygromécanique des panneaux peints a été développé. La comparaison entre ce modèle et des expériences donne un bon accord. Finalement, une analyse de risques sur une ancienne peinture a montré que des fluctuations normales d'humidité relative ne devraient pas provoquer de dommages dans le support en bois, mais la fissuration de la couche picturale est possible.