L’objectif de cette thèse est d’étudier le comportement à la rupture des matériaux fragiles avec une approche capable de relier l’amorçage de fissures à leurs propagations. On adopte la méthode des éléments discrets (DEM), avec le matériau composé d'un ensemble bidimensionnel régulier de particules en contact. Ceci qui nous permet de dériver une expression pour le facteur d'intensité de contraintes en fonction des forces et des déplacements relatifs des deux contacts adjacents à la pointe d’une fissure. Un critère de rupture classique, basé sur la ténacité du matériau, est ensuite adopté pour l'analyse de la propagation des fissures, représenté par la perte des forces de contact entre les particules. La vérification de la formulation est faite par la comparaison des simulations numériques à des solutions classiques de la mécanique de la rupture en mode I, mode II et mode mixte. Ensuite, on étend l’application du critère discret au comportement d’un matériau sain (non pré-fissuré), soumis à des contraintes homogènes, pour lequel on retrouve un critère de rupture du type Rankine. Le résultat final est un modèle discret simple totalement compatible avec les approches continues usuelles, et qui ne demande pas d’essais de calibration, typiques des approches discrètes conventionnelles. / The objective of this thesis is to study the fracture behavior of brittle materials by an approach which relates crack initiation to crack growth. We adopt the discrete element method (DEM) and we represent the material by a 2D regular set of particles in contact. This allows us to derive an expression for the stress intensity factor as a function of the forces and relative displacements of two adjacent contacts at the crack tip. A classical failure criterion, based on the material’s toughness, is then adopted for the analysis of crack propagation, represented by the loss of contacts forces between particles. The formulation is verified by the comparison of numerical simulations to classical solutions of fracture mechanics in mode I, mode II and mixed mode. Afterwards, we apply our discrete criterion to uncracked materials under homogenous stress conditions, obtaining a Rankine like behavior.. The work results in a simple discrete model which is totally compatible to continuum mechanics, where no calibration tests are required, in contrast to most of discrete approaches.

Ce travail utilise le calcul numérique pour prendre en compte les déformations plastiques en mécanique de la rupture. On peut ainsi vérifier les résultats de Rice concernant l'étendue de la zone plastique, en tenant compte de l'écrouissage. On étudie ensuite des problèmes liés à la propagation des fissures sous chargement monotone d'une part, sous chargement cyclique d'autre part. Dans le troisième chapitre, on vérifie l'estimation théorique de la force due aux singularités en fond de fissures. Ceci permet de mettre en évidence également une réduction de l'ouverture par rapport au cas élastique, qui explique le phénomène de fermeture des bords libres des fissures en fatigue. Un dernier chapitre applique les résultats précédents à la fatigue.

Ce travail est consacré à l'étude du comportement sous charge de longue durée du béton et s'inscrit comme une étape vers la modélisation physique du fluage propre. Ce mémoire présente d'abord une analyse des processus physicochimiques qui ont cours au sein du matériau, en parallèle avec une récapitulation de la phénoménologie du comportement macroscopique sous charge, le tout étant appuyé par une campagne expérimentale sur pâte de ciment, centrée sur l'effet de l'âge du matériau sur la déformation et sur le comportement à la décharge. Une modélisation à l'échelle macroscopique est ensuite présentée, qui prend en compte, de manière explicite, les mécanismes d'hydratation et de comportements visqueux qui agissent à l'échelle microscopique. On montre enfin comment les paramètres de ce modèle peuvent être identifiés et déterminés à partir d'essais classiques.

Notre principale contribution à l'étude du matériau gel a été la mise au point d'un dispositif original de mesure directe de la pression osmotique dans les gels. Des expériences effectuées sur des gels cylindriques d'acide polyacrylique partiellement ionisés ont montré que la pression osmotique varie linéairement avec la concentration en contre ions en dessous du seuil de condensation. Ce résultat est conforme aux théories existantes. Le comportement, sous compression oedométrique, d'empilements lâches de billes de gel gonflées dans une solution de salinité donnée est non linéaire, et la caractéristique force-déformation peut être décrite par morceaux par une loi de puissance. Celle-ci présente trois régimes : un régime de consolidation décrit par un exposant de l'ordre de 1.6, comparable à l'exposant donné par la loi de Hertz. Dans le régime consolidé, le nombre de contacts augmente avec la déformation. Le comportement est alors gouverné par un exposant de l'ordre de 2.5, plus grand que l'exposant de Hertz. Enfin, apparaît un comportement fortement non linéaire décrit par un exposant de l'ordre de 3.5 : tous les contacts sont établis et le comportement est dominé par la contribution des particules fortement déformées. Lors des cycles de compression, l'hystérésis est principalement due à la dissipation visqueuse dans les billes sans expulsion de solvant. Sous compression isotrope générée au sein de l'empilement, contraint à occuper un volume constant, par variation de la taille des particules obtenue en faisant varier la salinité de la solution, le comportement de l'empilement est encore non linéaire avec le paramètre de contrôle de l'expérience. Le comportement observé s'apparente à un régime consolidé, décrit par un exposant supérieur à celui obtenu dans le même régime en compression oedométrique.

Ce mémoire est consacré à l'étude de nouveaux matériaux composites de type Si/Sn-Ni/Al/C pour former des électrodes négatives de batteries lithium ion. La microstructure de ces matériaux se présente sous la forme de nanoparticules de Si enrobées dans une matrice conductrice constituée de carbone et d'un composé intermétallique Ni3,4Sn4. La nanostructure et la composition du matériau composite lui confèrent de très bonnes performances en termes de capacité réversible, de stabilité électrochimique, et de cinétique de réaction. La mécanosynthèse a été choisie comme méthode d'élaboration. Les propriétés structurales et chimiques du composite ont été déterminées par analyses DRX, par microscopies électroniques MET et MEB, par analyses EDX et EFTEM et par spectroscopie Mössbauer de 119Sn. La caractérisation électrochimique a été réalisée par cyclage galvanostatique et par voltamétrie cyclique. La réactivité de ces matériaux envers le lithium a été étudiée par analyses DRX et spectroscopie Mössbauer de 119Sn in-situ. Ce mémoire détaille les résultats structuraux et électrochimiques obtenus pour différents matériaux composites basés sur Ni3,4Sn4 en ajoutant les éléments C, Al et Si. Une étude des mécanismes réactionnels lors du broyage mécanique ainsi que pendant le cyclage électrochimique a été effectuée et le rôle des différents éléments a été mis en évidence. Enfin, une discussion sur l'influence de la microstructure sur les performances électrochimiques des matériaux composites est donnée. Les meilleures performances électrochimiques sont obtenues pour le composite de composition nominale Ni0,14Sn0,17Si0,32Al0,04C0,35. Il présente une capacité réversible de 920 mAh/g avec une très bonne stabilité sur 280 cycles. Le matériau possède une excellente cinétique de délithiation : 90% de la capacité peut être délivrée en moins de 5 minutes. La capacité irréversible (20%) reste toutefois élevée et doit être encore améliorée en stabilisant l'interface solide/électrolyte (SEI) / This study is devoted to a new Si/Sn-Ni/Al/C composite material usable as negative electrode for lithium-ion batteries. The composite microstructure is made from Si nanoparticles embedded in a matrix, consisting of conductive carbon and Ni3.4Sn4 intermetallic compound. The nanostructure and composition of the composite material give excellent properties regarding reversible capacity, electrochemical stability, and reaction kinetics. Mechanical alloying has been chosen as synthesis method. The material structural and chemical properties have been determined by XRD analysis, by electron microscopy TEM and SEM, by EDX and EFTEM analysis and 119Sn Mössbauer spectroscopy. The electrochemical characterization was carried out by galvanostatic cycling and cyclic voltammetry. Lithium reactivity of these materials was studied by in-situ XRD analysis and 119Sn Mössbauer spectroscopy. This manuscript details the structural and electrochemical results obtained from various composite materials based on Ni3.4Sn4 by adding C, Al and Si elements. Reaction mechanisms during mechanical alloying and during electrochemical cycling have been investigated and the role of the different elements has been demonstrated. Finally, a discussion of the microstructure influence on the electrochemical performance of the composite materials is given. The best electrochemical properties are obtained for the composite material with nominal composition Ni0.14Sn0.17Si0.32Al0.04C0.35, which has a reversible capacity of 920 mAh/g with a very good stability of 280 cycles. Excellent kinetics during délithiation are obtained : 90% of capacity can be delivered in less than 5 minutes. However, the irreversible capacity (20 %) remains high and should be improved by stabilizing the solid/electrolyte interface (SEI)

Cette thèse s'est focalisée sur un matériau cellulaire métallique modèle, dans le but de fournir à la fois un matériau candidat et des outils de conception d'un revêtement acoustique pour les tuyères de turbomachines. Le problème d'absorption acoustique a conduit à discuter une modélisation analytique descriptive disponible dans la littérature, puis à introduire une technique numérique permettant de prédire les propriétés acoustiques d'un matériau poreux. Pour répondre au besoin industriel de tenue structurale, les propriétés élastiques du matériau ont été calculées numériquement, et l'on a proposé une approche numérique de la microplasticité. Enfin, les outils numériques ainsi réalisés ont été utilisés dans un problème simplifié de conception et d'optimisation de revêtement acoustique.

Ce travail est consacré à l'étude de la rhéologie des bétons fluides. On relate le développement d'un rhéomètre à béton prototype de conception nouvelle, BT RHEOM. Le principe et la mise au point de l'appareil, ainsi que les différentes conduites des essais rhéologiques, sont décrits. Des études visant à estimer l'objectivité des mesures sont présentées. On envisage ensuite quelques études expérimentales avec le BT RHEOM. Les comportements des bétons frais, sans et avec vibration, sont étudiés. Dans la plage de gradient de vitesse étudiée, ils respectent en général le modèle de Bingham, sous réserve que la consistance des bétons satisfasse certaines conditions, et que l'homogénéité des bétons soit acceptable. Les phénomènes de thixotropie et de dilatance des bétons sont ensuite discutés. On s'intéresse également à l'influence des paramètres de composition du béton sur le comportement rhéologique de ce dernier. On établit ainsi un modèle ayant pour objet l'estimation de la viscosité plastique des bétons à hautes performances, fournissant une aide à la formulation du béton. Enfin, avec les caractéristiques intrinsèques d'un béton mesurées au BT RHEOM, on tente de modéliser un problème de chantier : le pompage du béton. On montre également une autre application de ce rhéomètre : la mise au point des formulations de BHP.

On propose une modélisation numérique des plaques multicouches en matériaux composites lorsqu'elles sont soumises à l'impact de charges dynamiques. Cette modélisation permet de déterminer les efforts engendrés par l'impact, le but étant de pouvoir étudier certains endommagements comme le délaminage. La nouvelle modélisation utilisée appelée modélisation multiparticulaire des matériaux multicouches (M4), permet de modéliser l'objet tridimensionnel par une géométrie bidimensionnelle tout en augmentant le nombre de champs cinématiques. Elle fait apparaître de manière naturelle des efforts au niveau des interfaces entre les couches. Ces efforts peuvent être reliés au phénomène de délaminage. L'analyse des résultats de la littérature permet de montrer que cette modélisation est pertinente dans le cas des chocs relativement rapides. Un outil numérique a été réalisé sur la base de la méthode des éléments finis en dynamique. Le code éléments finis obtenu est ensuite validé, puis appliqué à l'analyse des efforts dans une plaque multicouche impactée. Nous montrons sur un exemple, la pertinence de cette modélisation et sa capacité à fournir de manière simple et rapide, des informations utiles pour l'étude des différents aspects du délaminage (initiation, propagation, étendue).

La modélisation du comportement des alliages à mémoire de forme présente un intérêt majeur pour la conception de dispositifs qui tirent profit des comportements spécifiques à ce matériau. En particulier, l'association de ces alliages avec d'autres matériaux permet de créer des matériaux composites adaptatifs. Une demande croissante de ce type de matériau nécessite le développement des outils de conception adaptés, notamment au niveau du calcul de structures. Cette thèse présente un modèle de comportement des alliages à mémoire de forme, en partant de la définition de l'énergie interne du matériau jusqu'à l'implémentation numérique dans un code de calcul industriel. Des exemples de modélisation de matériaux composites à base d'alliages à mémoire de forme sont développés, à des échelles tant macroscopique et microscopique.

Pour palier a la fragilité traditionnelle des céramiques, nous avons conçu un matériau stratifie qui fait alterner des plans de rigidité différente. Le matériau réalisé est ainsi constitue d' un empilement de couches denses et poreuses. L'évolution de la densité et de la microstructure des couches poreuses a été étudié en fonction du temps de frittage. Par une simple variation de la densité de celles ci, des comportements soit fragile soit endommageable ont été observés. Ces comportements ont été associés a la propagation perpendiculaire ou a la déviation des fissures au niveau de l' interface de type souple-rigide. Ainsi dans les conditions optimales, une forte augmentation de l'energie de rupture a ete obtenue