Notre nouvelle approche expérimentale consiste à étudier la fissuration de matériaux mous, principalement des gels polymériques et colloidaux, qui ont des tailles microstructurales micrométriques. Cette augmentation de la taille microscopique va avoir pour conséquence d’augmenter la taille de la zone de process et va rendre son observation plus facile avec des moyens standard de microscopie (à transmission et confocale).Pour se faire, nous avons mis au point un nouveau dispositif expérimental pour étudier la propagation de fissures dans des matériaux mous. Cette expérience permet de faire croître une fissure de manière contrôlée dans un échantillon mou et d’inspecter la pointe de fissure à haute résolution pour des fissures se propageant entre 1 µm/s and 1cm/s. En travaillant avec des gels de polymère physiques, nous avons analyse la forme de fissure ainsi que les champs de déplacement proches pointe (en utilisant des techniques de corrélation d’image) à petites et grandes échelles et à différentes vitesses. Nous avons montré qu’il existait une séparation d’échelles spatiales entre les échelles où l’élasticité linéaire s’applique, les échelles auxquelles les non linéarités émergent et les échelles auxquelles la dissipation se produit. Cette dernière échelle n’a pas pu être investigué dans le cas de gels polymériques. De récentes expériences sur des gels colloïdaux, ayant une longueur micro-structurale plus grande que celle des gels polymers, montre que nous sommes capables de sonder en temps réel les échelles d’endommagement lors de la fissuration. / Our novel experimental approach consists in studying fracture mechanics of soft materials, mainly polymer and colloidal gels, which have microstructures with large typical length scales. This increase in the microscopic length scale will consequently increase the typical size of the process zone and make its observation easier with standard microscopy techniques (optical or confocal).To do so, we designed a novel experimental device to study crack propagation in such soft materials. This experiment enables us to grow a unique crack in a controlled way in a soft specimen and to look at the crack tip at high magnification for crack velocities between 1 µm/s and 1cm/s. Working on physical polymer gels, we analysed the crack shape and crack displacement fields (using Digital Image Correlation) at large and intermediate scales for various velocities. We realized there was a separation of scales between the scale at which LEFM applies, the scale at which elastic nonlinearities emerge and the scale at which dissipation occurs. This last scale could not be investigated with the polymer gel. Recent experiments on colloidal gels, which have a microscopic length scale bigger than the one of polymer gels, show that we are able to probe damage at the microstructural scale.

Depuis plusieurs décennies, l’évaluation des armes à létalité réduite (ALR) et des gilets pare-balles suscite l’intérêt majeur des forces de l’ordre autour du globe. En effet, ces armes présumées à létalité réduite ou non létales sont tenues d’occasionner uniquement une douleur suffisamment importante à un individu afin d’assurer sa neutralisation. Les gilets pare-balles, quant à eux, doivent garantir un certain niveau de protection pour réduire le risque de traumatismes lié à leur déformation dynamique. Le Centre de Recherche, d’Expertise et d’appui Logistique (CREL) du Ministère de l’Intérieur français a ainsi pour objectif le développement d’un outil de prédiction du risque lésionnel thoracique lors d’impacts balistiques non pénétrants. Cela permettrait alors d’évaluer les performances des ALR et des gilets pare-balles avant leur déploiement en théâtre d’opérations. Plus précisément, cette méthode doit uniquement être fondée sur la mesure directe du processus dynamique de déformation d’un bloc de gel synthétique soumis à un impact balistique. Pour répondre à ce besoin, l’approche numérique est considérée dans ces travaux de thèse par l’emploi du mannequin numérique du thorax humain HUByx comme un outil intermédiaire permettant la détermination de fonctions de transfert entre les mesures expérimentales sur un bloc de gel et le risque lésionnel. La reproduction de conditions d’impact réelles sur HUByx nécessite la caractérisation et la modélisation de projectiles ALR ainsi que de projectiles d’armes à feu et de gilets pare-balles. Elles reposent sur une procédure d’identification par méthode inverse appliquée à l’essai de Taylor pour la modélisation des ALR et à l’essai du cône dynamique d’enfoncement sur le bloc de gel pour celle du couple projectile/gilet pare-balles. Des travaux sont dédiés à la caractérisation mécanique et à la modélisation du gel synthétique sous sollicitations dynamiques. Enfin, une approche statistique basée sur des analyses de corrélation est introduite exploitant à la fois les mesures expérimentales, les données numériques ainsi que les rapports de cas de la littérature. Une cartographie du thorax associée au risque de fractures costales est établie et est uniquement fonction d’une mesure expérimentale. / For decades, the assessment of less-lethal weapons (LLW) and bulletproof vests has generated major interest from law enforcement agencies around the world. Indeed, these presumed less-lethal or non-lethal weapons are required to cause only significant pain to an individual to ensure their neutralization. Bulletproof vests, in turn, must provide a certain level of protection to reduce the risk of trauma related to their dynamic deformation. The Center for Research, Expertise and Logistics Support (CREL) of the French Ministry of the Interior aims to develop a tool to predict thoracic injury risk during non-penetrating ballistic impacts. It would therefore be possible to evaluate the performance of LLW and bulletproof vests before their deployment in operations. More precisely, this method must only be based on the direct measurement of the dynamic process of deformation of a synthetic gel block subjected to a ballistic impact. To address that issue, the numerical approach is considered in this thesis by the use of the human thorax dummy HUByx as an intermediate tool for the determination of transfer functions between experimental metrics on a gel block and the risk of injury. The reproduction of real impact conditions on HUByx thus requires the characterization and modeling of less-lethal projectiles as well as projectiles of firearms and bulletproof vests. They rely on an inverse method identification procedure applied to the Taylor test for modeling LLW and on the analysis of blunt impacts on the gel block for projectiles/bulletproof vests. Work is then dedicated to the mechanical characterization and modeling of the synthetic gel under dynamic loadings. Finally, a statistical approach based on correlation analyses is introduced using both experimental measurements, numerical data as well as case reports from the literature. A thorax mapping associated with the risk of rib fractures is established and only depends on an experimental metric.