Dans l'étude du comportement du béton au jeune âge dans les structures massives, les retraits endogène et thermique apparaissent comme des phénomènes majeurs, qui sont responsables du fluage lorsque le retrait est empêché. La réaction chimique du ciment avec l'eau est exothermique et thermo-activée, ce qui induit des déformations de dilatation puis de contraction. La chaleur d'hydratation peut créer des déformations différentielles entre la peau et le cœur d'une structure, ceci peut causer des fissurations traversantes au jeune âge. Dans ce contexte, cette thèse est dédiée à l'étude du comportement visco-élastique du béton au jeune âge dans les structures massives. L'idée est de développer un modèle numérique qui décrive le comportement visco-élastique du béton au jeune âge, et qui permette de prédire les contraintes au jeune âge et le risque de fissuration.. Une méthode d'identification des paramètres du modèle est proposée à partir d'essais simples développés au laboratoire et sur chantier. Une validation sera réalisée par confrontation à des essais réalisés. Enfin le modèle développé est appliqué à des simulations sur des structures réelles, qui sont confrontées aux mesures de température et de déformations réalisées sur site.

Le fluage des remblais routiers est un problème récurrent en région de pergélisol. Des dégradations importantes telles que la fissuration et la rotation des épaulements réduisent la capacité fonctionnelle et la durée de vie des remblais, ce qui augmente considérablement les coûts d’entretien de ces structures. Le problème, relativement bien documenté dans la littérature, est généralement attribué au poids statique du remblai sur le pergélisol sous-jacent. Cependant, des dégradations apparemment dues au fluage ont été observées sur certaines portions de la route de l’Alaska, au Yukon, où l’épaisseur du remblai est faible. Pratiquement aucune documentation n’est disponible sur le fluage des remblais de faible épaisseur. De plus, peu d’information est disponible sur l’effet du passage des véhicules lourds circulant sur ces remblais. L’objectif principal de ce projet est de quantifier l’effet des chargements répétés sur le comportement mécanique des sols marginalement gelés. Une nouvelle méthodologie a été développée pour réaliser des essais de fluage statique et dynamique sur des sols gelés en cellule triaxiale. Les principales innovations concernent le contrôle et l’acquisition de la température autour de l’échantillon, ainsi que la possibilité de réaliser des essais drainés. Des essais de fluage ont été réalisés sur un sol argileux riche en glace reconstitué en laboratoire. La température lors des essais a varié entre -3 et -0,5 °C, simulant ainsi le comportement d’un pergélisol chaud. Les déformations causées par les chargements statique et dynamique ont été traitées séparément, de sorte qu’une méthodologie soit proposée pour estimer les tassements causés par la mise en place d’un remblai de 1 m d’épaisseur d’une part, et ceux causés par le passage des véhicules lourds d’autre part. / Creep of road embankments is a recurring problem in permafrost regions. Important degradations such as shoulder cracking and rotation reduce the functional capacity and lifespan of embankments, which considerably increases the maintenance costs of these structures. The problem, fairly well documented in the literature, is generally attributed to the static weight of the embankment on the underlying permafrost. However, degradations likely due to creep were observed on some portions of the Alaska Highway in Yukon, where the embankment is rather thin. Virtually no documentation is available on creep of thin embankments. Furthermore, little information is available on the effect of the passage of heavy vehicles circulating on these embankments. The main objective of this project is to quantify the effect of repeated loading on the mechanical behaviour of marginally frozen soils. A new method was developed to conduct static and dynamic creep tests on frozen soils in a triaxial cell. The main innovations are the optimized control and acquisition of temperature around the sample, and the possibility to conduct drained tests. Creep tests were carried out on reconstituted ice-rich clay. The temperature varied between -3 and -0.5 °C, which simulated the behaviour of a warm permafrost. Deformations caused by static and dynamic loading were treated separately, so that a method could be developed to estimate settlements caused by building a 1 meter embankment on the one hand, and settlements caused by the passage of heavy vehicles on the other hand.

La production à grande échelle de l'aluminium passe inévitablement par le procédé de Hall-Héroult et requiert un vaste champ d'expertises pour être mis en œuvre. Les aspects mécanique, thermique, chimique, électrique, magnétique de même que la mécanique des fluides sont tous présents dans une cuve d'électrolyse, qui comporte une multitude de matériaux: carbone, bétons réfractaires, métaux, alumine, etc. Afin de demeurer compétitives face à la concurrence, les alumineries se doivent de réduire les coûts de production qui passe nécessairement par l'optimisation des cuves d'électrolyse, demandant ainsi une compréhension approfondie du procédé et des matériaux utilisés, dont les matériaux carbonés. Les matériaux carbonés utilisés dans les cuves, plus spécifiquement dans le revêtement de celles-ci, sont des matériaux granulaires et poreux qui sont composés d'agrégats de graphite liés par du brai de goudron cokefié. Le comportement mécanique de ces matériaux a déjà été le sujet de quelques études jusqu'à maintenant. Or, aucune ne s'est réellement attaquée au comportement à long terme de ces matériaux qui plus est, dans un cadre tridimensionnel. Afin de complémenter les connaissances et les modèles déjà existants, cette thèse présente la caractérisation de comportement viscoélastique tridimensionnel à long terme des matériaux carbonés et le développement d'un modèle tridimensionnel constitutif, utilisable dans un code d'éléments finis, basé sur la thermodynamique des processus irréversibles combinée à la rhéologie des matériaux. Basé sur des observations expérimentales, le modèle rhéologique choisi consiste en un nombre indéterminé, a priori, d'éléments de Kelvin-Voigt placés en série. Originalement unidimensionnel, le modèle rhéologique est étendu au cas tridimensionnel en posant différentes hypothèses. La détermination des paramètres du modèle est essentiellement basée sur des essais de fluage en compression uniaxiale réalisés à la température ambiante. Des évolutions de paramètres permettant de prendre en considération la cuisson d'un matériau carboné de même que des variations de températures sont ensuite proposées. Aussi, tirés des connaissances du vaste domaine que sont les graphites, des mécanismes de fluage sont proposés. L'implémentation numérique du modèle viscoélastique a été réalisée avec le code éléments finis FESh++. Le comportement viscoélastique a également intégré à d'autres lois déjà existantes afin de les complémenter. Ainsi, une loi de comportement thermo-chimiovisco-élasto-plastique avec prise en compte de l'adoucissement et du durcissement est maintenant disponible pour les matériaux cathodiques de carbone. Des simulations sont présentées pour illustrer l'influence de la prise en compte du comportement viscoélastique sur différents matériaux, tels que les blocs cathodiques de carbone et la pâte à brasquer. / The large scale aluminium production is done through the Hall-Héroult electrolysis process, which requires a wide array of expertise for a proper achievement. The mechanical, thermal, chemical, electrical, magnetic and the fluid mechanic aspects are all present at the same time in the electrolysis cell, which is built with many different materials: carbon, refractory concrete, metals, alumina, etc. In order to stay competitive, aluminium producers must lower their production cost. This can only be achieved by optimising the cells, which requires a better knowledge of the process and of the materials used in the cell fabrication, including the carbon cathode materials. The carbon materials used in the cells, more specifically in the lining, arc porous materials composed of graphitic aggregates mixed up with a coal tar pitch binder. The mechanical behaviors of these materials have already been the subject of few studies up to now. However, no one has addressed the long term behavior, even less in a three dimensional context. To perfect the knowledge and the existing models, this thesis presents the characterization of the long term three-dimensional visco-elastic behavior of the carbon cathode materials and the three-dimensional constitutive model development based on the on the materials rheology and the thermodynamic of irreversible processes. The model is also suitable in a finite elements code. From experimental observations, the chosen rheological model is built up with a series of undetermined, a priori, number of Kelvin-Voigt elements. Originally one-dimensional, the rheological model has been extended to the three-dimensional case through few hypotheses. Determination of the model parameters is essentially based on uniaxial creep tests at room temperature. The evolution of these parameters in function of the temperature and the baking are also proposed. Moreover, creep mechanisms arc advised based on the knowledge of the wide array that are the graphitic materials. The numerical implementation of the visco-elastic model has been done in the finite elements code FESh++. The visco-elastic behavior has also been added to others constitutive laws in order to perfect them. Therefore, a constitutive thermo-chemo-visco-elasto-plastic law, which also takes into account the hardening and the softening, is now available for the carbon lining materials. Simulations are also presented to show the influence of the visco-elasticity on the cathode carbon material and on the ramming paste.

Les industriels de l'aéronautique et de l'énergie cherchent continuellement à accroître les températures de fonctionnement de leurs turbomachines dans un souci de rendement et de diminution des émissions polluantes. L'amélioration de la durabilité des composants constitue également une de leurs priorités. Dans ce contexte, la résistance mécanique des superalliages à base de nickel polycristallins utilisés pour les disques de turbines est un point clef. Cette thèse porte sur les modes de déformation et d'endommagement qui se développent à 700°C lors de sollicitations mécaniques de type fatigue, fluage et fatigue-fluage au sein de deux structures métallurgiques différentes de l'alliage Udimet 720. Les différences de comportement mécanique sont analysées au travers des structures de dislocations et de l'évolution des mécanismes qui opèrent à cette échelle. Le rôle des conditions de chargement (s, Dt) et de la microstructure de précipitation g' multimodale est précisé notamment concernant la transition entre le cisaillement des précipités g' et leur contournement. En parallèle, les processus d'amorçage de fissures et de leur propagation sont caractérisés. Si une transition inter – transgranulaire de la croissance des fissures est constatée pour certaines conditions de chargement, l'endommagement des joints de grains et de macles domine. Des interactions complexes fatigue-fluage-oxydation sont de plus mises en évidence par la réalisation d'essais mécaniques équivalents conduits sous air et sous vide. Dans le domaine de haute température exploré, la microstructure de précipitation de cet alliage n'est pas stable. Les effets d'un traitement de vieillissement ont été quantifiés ainsi que leurs répercussions sur le comportement mécanique et la durée de vie. Systématiquement les deux structures métallurgiques homogène et hétérogène ont été comparées. Mots clés : Superalliage Base-nickel, Fatigue-Fluage, Structures de Dislocations, Processus d'Endommagement, Oxydation, Vieillissement Métallurgique.