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.

Lors d'une opération d'usinage, l'intégrité de la surface usinée et l’optimisation du procédé sont conditionnées par les paramètres de coupe (vitesses de coupe et d’avance, géométrie et matériau de l'outil...). Certaines conditions de coupe peuvent induire des effets indésirables tels que des vibrations importantes, des efforts de coupe excessifs et une usure prématurée de l'outil, conduisant à des qualités de surfaces médiocres. Dans l’industrie, l’utilisation d'approches empiriques pour opérer ce choix se révèle couteux et difficilement exploitable. Le développement d’outils de simulation basés sur des modèles prédictifs s’avère nécessaire. Ces modèles permettent de maitriser et de comprendre les phénomènes thermomécaniques aux interfaces outil-copeau et outil-pièce qui conditionnent l'intégrité de la surface usinée ainsi que la durée de vie de l'outil de coupe. L'objectif de la thèse est la modélisation des effets thermomécaniques en usinage avec des approches hybrides 'Analytique-c. Ceci permet d'analyser l'interaction entre les conditions de coupe du procédé d'usinage, le comportement du matériau et les conditions tribologiques aux interfaces outil-copeau et outil-pièce (contact collant-glissant, partage de la source de chaleur due au frottement). Le travail comporte également une validation expérimentale pour la coupe orthogonale à sec. Le modèle proposé est basé sur les développements suivants: (i) mise en place d'une 'Approche 1D par Tranche' pour la prise en compte de l'écoulement de la matière dans la zone primaire de cisaillement du copeau, (ii) modélisation du problème thermique transitoire non linéaire dans le système 'copeau-outil-pièce' en couplant une formulation EF de type Petrov-Galerkin avec la méthode de Newton-Raphson et une intégration implicite dans le temps, (iii) une nouvelle formulation de la distribution de pression le long de la face de coupe de l'outil, (iv) une nouvelle approche pour gérer le partage de la source de chaleur par friction à l'interface outil-copeau. La démarche proposée permet de mettre en place une modélisation thermomécanique de l'interaction outil-matière applicable aux procédés industriels comme le perçage très utilisé dans le domaine aéronautique. Comparée aux simulations basées sur la méthode des Éléments Finis, l'approche développée requiert un temps de calcul de l'ordre de quelques minutes avec une précision comparable / In dry machining, the thermomechanical process of chip formation, the tool wear and the surface integrity depend strongly on the tribological conditions along the tool rake face. Besides, the friction conditions at the tool-chip interface and along the round cutting edge are very complex. It should be noted that to understand the friction effects in machining, we have to analyse the inherent relationship among, the cutting conditions (cutting and feed velocities, tool geometry), the workpiece material behaviour, the thermomechanical characteristics of the tool material, the frictional heat partition in the sliding zone and the friction conditions at the tool-chip and tool-workpiece interfaces. Due to the problem complexity, it appears that despite many works on machining, the understanding of the effect of friction conditions requires further investigations. In the present work, to identify the interaction between the thermomechanical phenomena at the tool-chip interface and the material flow in the primary shear zone; an analytical model has been coupled with a finite element approach. For the tool rake face, a new pressure model was developed. The transient nonlinear thermal problem in the workpiece-tool-chip system has been solved by using a FE model based on the Petrov-Galerkin formulation. The coupling between the primary shear zone (PSZ) (chip formation), the secondary shear zone (SSZ) (sticking zone) and the frictional heat at the sliding zone has been taking into account. The model allows to determine in a fast and simple way several significant machining parameters as: (i) the cutting forces, (ii) the temperature distribution in the tool-chip-workpiece system, (iii) the heat flux from the PSZ to the workpiece, (iv) the tool-chip contact length, (v) the frictional heat partition and (vi) the apparent friction coefficient. The proposed model allows to analyze different industrial machining processes such as drilling and milling