Les modèles de comportement phénoménologiques développés pour les sols peinent à traduire la complexité du comportement des matériaux granulaires, essentiellement du fait de leur nature discrète. Il est usuel d’avoir recours aux analyses multi-échelle, afin de proposer des comportements macroscopiques prenant finement en compte les propriétés locales du milieu. La question de l’échelle locale a été largement étudiée et il ressort qu’une méso-échelle, définie au niveau d’arrangements locaux de particules, semble plus appropriée que l’échelle du contact entre particules pour comprendre la texture et le comportement de ce type de milieux. Dans ce cadre, ce travail de thèse se propose d’étudier la faisabilité de la définition d’une loi de comportement pour les matériaux granulaires par changement d’échelle mésoscopique-macroscopique. Un échantillon granulaire est analysé par simulation DEM (Méthode aux Eléments Discrets) d’un essai biaxial de charge et de décharge. A l’échelle mésoscopique, le milieu granulaire est subdivisé en méso-domaines dont la texture est caractérisée par deux variables : degré d’allongement et orientation par rapport à la direction de compression. Les méso-domaines ayant des caractéristiques de texture communes sont regroupés en six phases, afin de mieux discriminer leur comportement. Les variables locales sont définies : méso-texture, méso-contrainte et méso-déformation, et leurs évolutions sont analysées. Les simulations montrent que le matériau s’appuie sur les phases orientées dans la direction de compression, d’autant plus qu’elles sont allongées, pour supporter la sollicitation. Ces dernières sont capables de développer une forte dilatance et une forte anisotropie, leur permettant de récupérer une forte valeur de rapport de contraintes. A contrario les phases allongées et perpendiculaires à la direction de compression constituent des maillons faibles pour le système. Sur la base des résultats DEM, un processus de changement d’échelles -dont l’ingrédient est l’évolution des pourcentages volumiques des phases au cours de l’essai- a permis de retrouver le comportement macroscopique. Un modèle élasto-plastique à élasticité linéaire, mécanisme plastique déviatoire et écrouissage cinématique a été proposé pour modéliser le comportement de chaque phase à l’échelle mésoscopique. L’essai de charge a permis d’identifier les 8 paramètres du modèle. L’essai de décharge a permis la validation du modèle proposé. Similairement, un modèle à un paramètre est proposé, et validé, pour l’évolution du pourcentage volumique de chaque phase. Sur la base de ces modélisations, le comportement macroscopique de l’échantillon a pu être retrouvé par changement d’échelle mésoscopique-macroscopique. Cette étude ouvre la voie à la définition d’un nouveau type de modèle de comportement des matériaux granulaires basé sur l’existence de phases à l’échelle mésoscopique. / Most of the developed constitutive models for granular materials cannot capture the complexity of their behavior, due to the discrete nature of the material. The use of a multi-scale approach may help to address this issue by taking account local properties in a more precise way. It seems that the so-called meso-scale defined at the level of a cluster of particles is the relevant scale to have a better insight into the influence of the texture on the behavior of the material. In this framework, the work involved herein studies the feasibility of the definition of a constitutive law for granular materials by means of a meso-macro change of scale. A sample made of particles has been analysed using the Discrete Element Method (DEM). At the mesoscopic scale, the material is divided into meso-domains characterized by two variables: their elongation ratio and their orientation with respect to the compression direction. The meso-domains who share the same characteristics of texture define a phase. Then, six phases were defined. Some local variables such as the meso-texture, the meso-stress and the meso-strain were defined and their evolution analyzed. The simulations show that the material relies all the more on the phases oriented in the direction of compression to bear the loading as the phase holds very elongated domains. Indeed, these latter are able to develop a strong dilatancy and a strong anisotropy to withstand high stress ratios. Conversely, the phases oriented perpendicular to the direction of compression play a minor role in the global behavior of the material. On the basis of the DEM results, a change of scale process (whose key element is the volumetric percentage of a phase in the material) allowed to retrieve the global behavior of the material. An elastic-plastic model with a linear elasticity, a plastic deviatoric mechanism with a kinematic hardening was proposed to model the behavior of each phase at the mesoscopic scale. The eight parameters of the model are identified based on numerical results obtained for a loading path. The unloading path of the numerical test allowed to validate the proposed constitutive model. Similarly, a model is proposed and validated for the evolution of the volumetric percentage of each phase at the mesoscopic scale. Based on these models, the macroscopic behavior of the sample could have been derived with a mesoscopic-macroscopic change of scale technique. This study paves the way to the definition of a new class of constitutive models for granular materials, based on the existence of phases at the mesoscopic scale.

Les matériaux granulaires contenant des particules grossières sont largement utilisés dans les grands travaux de géotechniques, comme les remblais et les barrages. L'étude du comportement mécanique de ces matériaux nécessite des appareils d'essai à grande échelle, ce qui entraîne des programmes de test coûteux et difficiles à réaliser. Par conséquent, dans la plupart des projets en cours, des échantillons contenant des matériaux à grains fins avec granulométries parallèles et des caractéristiques physiques similaires aux matériaux d'origine sont préparés et les résultats obtenus sont directement utilisés lors de l’analyse et la conception des structures. Cependant, des études récentes ont confirmé que l'effet de la taille des particules provoqué par l'utilisation de cette technique devrait être considéré. Pour améliorer la compréhension de cet effet, dans la première partie de cette étude, l'influence de la taille des particules sur les propriétés mécaniques des matériaux du filtre du barrage Romaine-3 est étudiée à l'aide d'une série d'essais triaxiaux de compression monotone dans des conditions drainées et non drainées ainsi que des essais triaxiaux à chargement répété (RLT). Les résultats des tests drainés et non drainés ont montré qu'il n'y a pas de changement dans la pente des CSL dans l'espace p’-q. Les résultats du test RLT indiquent également que le module chargement-déchargement augmente avec l'augmentation de la taille des particules. De plus, la forme des particules a été identifiée comme l'un des paramètres les plus importants affectant le comportement des matériaux grossiers. Ainsi, la deuxième partie de ce mémoire consiste en des essais triaxiaux drainés et non drainés et des essais RLT sur des matériaux du filtre et de transition, caractérise respectivement avec des particules arrondies et angulaires de différentes tailles, afin d'examiner l'effet de la forme des particules. Les résultats triaxiaux montrent que le rapport de contrainte maximale augmente avec l'augmentation de l'angularité, alors que la comparaison des résultats RLT entre les matériaux arrondis et angulaires ne montre aucune tendance claire / 345092\u Granular materials containing coarse particles are widely used in the large geotechnical works, such as embankments and dams. The investigation of the mechanical behavior of these materials requires large scale testing apparatus, resulting in costly and difficult testing programs. Therefore, in most of the current projects, the specimens with finer-grained materials having parallel grading and similar physical characteristics to original materials are prepared and the results directly used in the analysis and design of the structures. However, recent studies confirmed that the role of the particle size effect caused by using this technique should be considered. To improve understanding of this effect, in the first part of this study, the influence of particle size on the mechanical properties of filter materials of Romaine-3 dam is investigated through a series of the monotonic compression triaxial tests in the drained and undrained conditions as well as repeated-load triaxial (RLT) tests. The drained and undrained tests results showed that there is no change in the slope of CSLs in q-p’ space. The RLT test results also indicate that the load-unload modulus increases with increasing in particle size. Moreover, the shape of a particle has been identified as one of the most important parameters affecting the behavior of coarse materials. Thus, the second part consists of drained and undrained triaxial and RLT tests on filter and transition materials, having rounded and angular materials respectively, with different sizes in order to examine particle shape effect. The triaxial results show that the maximum stress ratio increases with increasing in the angularity, whereas the comparison of RLT results between the rounded and angular materials does not show any clear trend.

Le cadre général de cette thèse est d'obtenir une meilleure compréhension des écoulements géophysiques comme les glissements de terrains. Dans tous ces évènements, on sait que le couplage entre milieu granulaire et fluide interstitiel joue un rôle important. Lors du démarrage, la présence d'eau influe sur la déformation des sols; ainsi, des sols initialement différents se comportent différemment. Cette thèse présente une expérience et un modèle mettant en évidence les phénomènes physiques lors du déclenchement des avalanches immergées. Notamment, la dynamique de l'avalanche dépend fortement de la fraction volumique de l'empilement initial, le déclenchement étant fortement retardé lors d'une légère compaction initiale.

L'étude du mouvement d'un patin, glissant à la surface libre d'une couche de grains, permet de tester la réponse d'un matériau granulaire immergé à un cisaillement simple. Il existe une force seuil, proportionnelle au poids du patin et indépendante de sa surface, en deçà de laquelle le patin reste immobile. Au-delà du seuil, la force de cisaillement, qui permet de déplacer le patin à vitesse constante, est proportionnelle à son poids, indépendante de sa surface et de sa vitesse. La taille des grains ne joue pas de rôle significatif dans la valeur des forces mesurées mais apparaît comme seule longueur caractéristique dans ces systèmes; d'une part, l'écoulement induit sous le patin en mouvement n'affecte que quelques couches de grains. D'autre part, pendant le régime transitoire, la couche se dilate sur une distance de glissement égale au rayon d'un grain. L'extension de ce travail à des mélanges secs de grains de deux tailles différentes montre que les coefficients de friction dépendent, de manière complexe, du taux de mélange mais que la longueur caractéristique à considérer dans ce cas est la moyenne, en masse, des diamètres des deux constituants. Par ailleurs, la contrainte seuil dépend du temps pendant lequel la couche de matériau est restée au repos avant la mesure. La condensation capillaire de ponts liquides entre les grains explique, au moins en partie, le vieillissement des propriétés mécaniques des matériaux granulaires secs en atmosphère humide. Des mesures d'angle limite d'avalanche montrent que le vieillissement des propriétés mécaniques de billes de verre immergées dans de l'eau est dû à des réactions chimiques de surface. Les propriétés mécaniques des matériaux granulaires immergés ne dépendent pas du temps en l'absence de réactivité chimique et de sollicitations extérieures (vibrations mécaniques, variations de température, etc. . . ). Cependant, les variations de la température ambiante, qui induisent une compaction lente du matériau, peuvent conduire à une augmentation des seuils d'écoulement. Les matériaux granulaires se comportent comme des fluides à seuil. L'étude du passage forcé d'un débit constant d'air au travers d'une fine couche d'un matériau granulaire immergé montre qu'il existe une surpression seuil, indépendante de l'épaisseur de la couche, en deçà de laquelle le gaz reste piégé sous la couche. à faible débit imposé, le gaz s'échappe périodiquement du système sous forme de bulles. à fort débit, l'air s'échappe continûment du système après avoir formé un canal stable au sein du matériau. Entre ces deux régimes limite, on observe un régime intermittent; le système oscille, sans périodicité apparente, entre les émissions de bulles successives et l'émission d'un jet continu d'air. Nous poursuivrons, dans un premier temps, l'étude des propriétés de friction des matériaux granulaires immergés. Nous montrerons ensuite que l'étude du passage d'un gaz au travers d'un fluide à seuil (matériau granulaire immergé, gel, mousse,. . . ), peut apporter des informations importantes pour la compréhension de systèmes géophysiques et, en particulier, de certains volcans.

Le comportement des matériaux granulaires est énéralement difficile à décrire par des approches tatistiques ou de mécanique des milieux continus. D'une part, il est difficile de trouver un volume élémentaire représentatif compte tenu des tailles des grains, d'autre part, les trajectoires des grains qui le constituent sont corrélées à cause de l'écoulement dense. Dans la première partie, nous nous penchons sur la description du modèle d'éléments discrets adopté dans cette étude. Nous nous intéressons également à l'effet des paramètres de simulation sur la qualité des échantillons et leurs réponses sous chargement axial quasi-statique. La deuxième partie est consacrée à l'étude du phénomène de tassement sous chargements périodiques. Une approche expérimentale est menée afin de comprendre les effets des grandeurs physiques qui peuvent, à<br />priori, influencer la vitesse de tassement. Ces résultats sont confrontés, par la suite, à l'approche numérique basée sur la dynamique moléculaire. Pour compléter l'étude du mécanisme de tassement, les effets de la granulométrie, de la forme des grains,<br />du degré de confinement et des paramètres de simulation sur la vitesse de tassement sont étudiés en utilisant l'approche discrète. Confrontés au coût élevé de la dynamique moléculaire, une nouvelle<br />approche de calcul de tassement à long terme a été proposée. Elle consiste à utiliser séquentiellement un calcul de dynamique moléculaire, une technique de prolongement et une méthode de relaxation afin de simuler à long terme l'écoulement de la matière au cours des cycles de chargement.

Une assemblée d’objets solides de taille typique d’une fraction de millimètre n’est pas sensible à l’agitation thermique. En effet, ces éléments sont trop massifs pour être mis en mouvement par le chaos moléculaire. Cependant, un tel empilement est susceptible de se réorganiser sous la seule influence des variations de température ambiante. Ces dernières induisent des changements de longueur certes relativement petits (coefficient de dilatation typique de l'orde de 10-5 K-1) mais, compte tenu de la rigidité de ces matériaux (module d’Young de l’ordre de 1011Pa), les déformations associées sont suffisantes pour créer des efforts capables de déplacer des grains de manière irréversible. Nous étudions expérimentalement la compaction d’une colonne de billes de verre soumise à des cycles de température. Imposer les variations de température par un fil tendu placé au centre de la colonne et alimenté par un courant sinusoïdal de fréquence assez haute permet de minimiser les effets de la dilatation du récipient. La dynamique du système est étudiée en fonction des caractéristiques du chauffage et des conditions mécaniques. Par ailleurs, d'un point de vue théorique, nous nous intéressons aux effets des variations de température sur un système discret modèle, des patins liés par des ressorts en contact frictionnel avec un plan incliné. Nous étudions l’influence de l’angle d'inclinaison et des caractéristiques des variations de température sur la reptation du système. Nous observons que proche d’une amplitude critique, entre mouvement et arrêt du système, ce dernier exhibe une dynamique intermittente. / An assembly of solid objects of typical size, a fraction of a millimeter is not sensitive to thermal agitation. Indeed, these elements are too massive to be moved by the molecular chaos. However, such a stack is likely to reorganize under the influence of ambient temperature variations. The latter lead to changes in length relatively small (coefficient of expansion typical of order 10-5 K-1), but, due to the rigidity of these materials (Young's modulus of about 1011Pa) deformations associated are sufficient to create stresses capable of moving grain irreversibly.We study experimentally the compaction of a column of glass beads subjected to temperature cycles. The temperature variations imposed by a stretched wire placed at the center of the column supplied by a high frequency sinusoidal current minimize the effects of expansion of the container. The dynamic of the system is studied for different heating and mechanical conditions.Moreover, from a theoretical point of view, we consider the effects of temperature variations on a discrete model system, sliders connected by springs in frictional contact with an inclined plane. We study the influence of the inclination angle and the characteristics of temperature variations on the creep of the system. We observe that close to a critical amplitude, between motion and rest, the system exhibits an intermittent dynamic.

Les travaux réalisés dans le cadre de cette maîtrise s'inscrivent dans le vaste projet CARRLo (Chemin d'Accès aux Ressources et Routes LOcales) visant à améliorer la qualité des routes non revêtues en contexte climatique nordique canadien. À cause entre autres de l'achalandage réduit et de l'éloignement de la plupart des routes non revêtues, le pavage de ces dernières est une tâche ardue et dispendieuse qui est très peu réaliste, du moins à grande échelle. Toutefois, devant la place sans cesse grandissante qu'occupe la sécurité dans les transports, le contrôle de la stabilisation des routes non revêtues et de la poussière engendrée par la circulation est devenu nécessaire. De plus, face à la rigueur du climat nordique le défi n'est pas seulement de contrôler la poussière, mais aussi de stabiliser les chemins non revêtus en trouvant des produits efficaces dans un contexte de gel et de dégel afin d'augmenter la période où les routes sont praticables. Plusieurs travaux portent sur la performance de divers agents stabilisants et produits d'abat-poussière. Le caractère novateur du présent travail se situe dans l'étude de l'influence de la granulométrie et de la minéralogie sur le comportement d'un matériau granulaire stabilisé ou traité à l'aide d'abat-poussière. Pour ce faire, un programme expérimental d'envergure comprenant des essais de module réversible modifié, de capacité portante, de compression non confinée et de cisaillement direct sont réalisés. Une validation des résultats du programme expérimental sera également effectuée en conditions réelles à l'aide de planches d'essais. L'objectif final des travaux consiste à être en mesure de proposer des familles de produits stabilisants et d'abat-poussière dans un contexte minéralogique et granulométrique précis et en fonction d'objectifs déterminés. Les résultats montrent une réelle influence de la granulométrie et de la minéralogie sur le comportement d'un matériau granulaire stabilisé ou traité à l'aide d'abat-poussière. De plus, les agents stabilisants à l'étude ont démontré qu'ils contribuent à améliorer de manière considérable les propriétés mécaniques d'un matériau granulaire.

Les travaux réalisés dans le cadre de cette maîtrise visent entre autres une gestion durable des matières résiduelles des chantiers de construction routiers. Également, ce projet cherche à montrer si les matériaux granulaires recyclés peuvent substituer en partie ou en totalité les matériaux actuellement utilisés en structure de chaussée. Le Québec réalise présentement des travaux routiers d'envergure car il devenait urgent de moderniser massivement son réseau routier qui date de plus de 30 ans. Toutefois, chacun de ces nombreux chantiers génèrent une quantité colossale de matériaux dont il faut disposer. C'est pourquoi il devient important de s'attarder à la réutilisation de l'ensemble de ces matériaux à même la construction et la réhabilitation de structures de chaussées que ce soit pour des considérations budgétaires, logistiques et même par souci de développer les infrastructures de façon durable. La possibilité que certains de ces matériaux recyclés (MR) puissent être réutilisés dans une chaussée, conformément aux normes en vigueur, a déjà été envisagée. Les premiers travaux de recherche effectués par le ministère des Transports du Québec (MTQ) concernant les MR, ont mené à une classification préliminaire de ces matériaux. L'intérêt de ce projet de maîtrise si situe au niveau des propriétés réelles, qui pour la plupart, restaient à être définies. Les MR classifies par le MTQ doivent donc être caractérisés dans le but de vérifier leur possible utilisation au sein d'une structure de chaussée et comparer au matériau granulaire « standard » (MG-20). Cette classification des MR (type 2 à 6, non stabilisé) est faite en fonction de leur teneur en béton de ciment (BC), enrobé bitumineux (EB) et granulats naturels (GN). Les résultats obtenus sont optimistes quant à l'utilisation des matériaux granulaires en fondation routière. Bref, la caractérisation et l'évaluation des propriétés hydrique, thermique et mécanique des MR permettent de comprendre davantage le comportement de ces matériaux. Le projet de recherche fourni des connaissances détaillées de la performance des matériaux granulaires recyclés et ceci permettra très certainement d'aider le MTQ lors d'analyses ultérieures pour émettre des recommandations précises quant à leur utilisation dans les structures de chaussée.

Nous étudions la rhéologie d'un ensemble de grains sphériques et frottants, par la simulation numérique, à l'échelle des grains, d'écoulements de cisaillement sous une contrainte normale P contrôlée, en présence d'un liquide interstitiel. En faible teneur, ce liquide se présente sous forme de ménisques intergranulaires qui transmettent des forces capillaires attractives ; s'il sature l'espace intergranulaire, on s'intéresse alors à l'écoulement de Stokes de la suspension dense ainsi constituée, où dominent les forces visqueuses. Les assemblages de grains secs constituent un système de référence aux propriétés mécaniques bien connues, en particulier l'approche de l'état critique de la mécanique des sols dans la limite quasi-statique. L'effet des ménisques capillaires qui joignent les grains en présence d'un liquide en faible saturation (régime pendulaire) est étudié pour les taux de cisaillement allant du régime quasi statique au régime inertiel. La rhéologie est caractérisée par le frottement interne apparent, la compacité de l'assemblage, les différences de contraintes normales et diverses variables internes, fonctions de deux paramètres de contrôle adimensionnés : le nombre inertiel I et la pression réduite P*, qui compare les forces de confinement à l'adhésion dans les contacts. Notre étude concerne les états homogènes, ce qui exclut les états de cisaillement localisés observés à faible P*, de l'ordre de 0,1. Le coefficient de frottement interne augmente de 0.35 (cas sec) à 0.9 environ pour P*=0.4, tandis que la compacité décroît de 0.59 à 0.52. L'important effet des forces capillaires sur la rhéologie, sensible pour des P* de plusieurs unités, est relié à la texture anisotrope des contacts et des ponts liquides. Lorsque P* décroît, nombre de contacts cohésifs sont maintenus pour des intervalles de déformation de plusieurs unités, survivant aux effets de rotation et de cisaillement de l'écoulement, et forment des amas percolants dans le système entier. Les résultats sont modérément sensibles à la saturation dans le régime pendulaire, mais fortement affectés par l'hystérèse de la conformation des ménisques. En présence de forces visqueuses et non plus capillaires, une version simplifiée de la dynamique stokésienne est adoptée dans laquelle les forces de lubrification entre proches voisins, supposées dominantes, sont les seules interactions hydrodynamiques. La rhéologie est fortement influencée par les contacts intergranulaires directes, qu'autorise la coupure à courte distance de la singulérité de lubrification du fait de la rugosité de surface des particules. Le même état critique que celui des grains secs est approché dans la limite quasi-statique. Nous discutons de lois rhéologiques exprimées en fonction du nombre visqueux qui remplace alors le nombre inertiel, et de la divergence de la viscosité effective à l'approche de la compacité critique en écoulement permanent, ou de la compacité maximale des assemblages aléatoires pour les configurations isotropes désordonnées / We numerically simulate the shear flow of dense assemblies of 3D frictional spherical grains under a fixed normal stress P in steady-state, either in the presence of a small amount of an interstitial liquid, which gives rise to capillary menisci and attractive forces, or in the fully saturated state, when the mechanical properties of suspensions in Stokes flow are controlled by hydrodynamic and contact forces. Dry grain assemblies are used as a reference system for which the rheological properties - in particular the approach to the critical state – are rather well known and can be measured with good accuracy. A non-saturating wetting fluid creates capillary attractive intergranular forces, the effects of which on the rheology are investigated in the pendular state, with shear rates ranging from quasistatic to inertial regimes. The system behavior is characterized by the dependence of internal friction coefficient, solid fraction, normal stress differences and internal state parameters on two dimensionless control parameters: the inertial number, I and the reduced pressure, P*, comparing confining forces to contact tensile strength. We focus on steady homogeneous flows, excluding localized flow patterns which we observe to occur for low P* (of order 0.1). The apparent internal friction coefficient increases to 0.9 in the quasistatic limit for P*=0.4, from its dry value 0.35, while solid fraction decreases from 0.59 to 0.52. We relate the significant effect of capillary forces on the macroscopic behavior of the system, up to P* values of several unities, to fabric anisotropy parameters of contact and distant interactions. As P* decreases, many cohesive contacts are observed to survive the tumbling motion associated to the shear flow, and their average age exceeds the reciprocal shear rate. Corresponding clusters of grains with enduring capillary bonds gather a large proportion of grains and percolate through the sample. The results are shown to be moderately sensitive to saturation within the pendular range, yet rather strongly affected by the hysteretic nature of liquid bridges. In the presence of viscous forces, assuming lubrication effects to dominate the hydrodynamic interactions, we adopt a simplified version of the (overdamped) Stokesian dynamics approach, in which hydrodynamic interactions only couple close neighbours. Rheological properties are strongly influenced by direct intergranular contacts and friction, which are permitted due to a very small distance lubrication cutoff modeling surface asperities. The same critical state as in the dry case is approached in the quasistatic limit. We discuss expressions of rheological laws involving the viscous number instead of the inertial number, and the divergence of effective viscosities in steady flow and in isotropic random suspensions as either the critical state or the random close packing solid fraction are approached

La fragmentation des matériaux est un phénomène qui entre en jeu dans de nombreux systèmes naturels et industriels, et à différentes échelles. D'un point de vue industriel, la fragmentation est d'une grande importance dans la production de granulats de carrière, qui sont soumis à des critères stricts en termes de tailles et de formes. Néanmoins, les phénomènes à l'origine de la fracture des matériaux restent encore aujourd'hui mal maîtrisés. Les méthodes aux éléments discrets permettent une modélisation des interactions à l'échelle de la microstructure du matériau. Un des avantages de ces méthodes est que la fissure apparaît et se propage dans l'empilement de manière naturelle, sans qu'il soit nécessaire de la décrire par modèles de fissuration.Un modèle aux éléments discrets permettant de représenter la cohésion au sein d'un matériau composé de particules de formes quelconques a été développé durant cette thèse. Des simulations numériques ont été effectuées pour deux types d'empilements représentant soit des matériaux cimentés, soit des matériaux “pleins”. Les résultats obtenus ont permis de confirmer que ce modèle est capable de reproduire le comportement macroscopique de la rupture de matériau fragile. Le modèle a été ensuite appliqué à l'étude de l'influence du positionnement de points de contact externes sur la résistance d'une particule cylindrique. Une étude expérimentale d'impact a été menée et a permis de confirmer ces résultats. Enfin, nous avons appliqué notre approche à la reconstruction de grains issus de données tomographiques. / The fragmentation of materials is a phenomenon which arises in several natural and industrial systems, and for a wide range of scales. From an industrial point of view, the crushing process is very important in the production of aggregates, which are often required to meet high criteria in terms of size and shape. However, the phenomena behind fracture of materials are still not completely understood. The discrete element methods allow to model interactions at the scale of the material micro-structure, by means of simple models. One of the advantages of this kind of methods is the natural way the crack initiates and propagates in the sample, without any need of a crack model. A discrete element model allowing to describe cohesion inside the material composed of particles of arbitrary shapes has been developed in this work. Numerical simulations have been conducted for two kinds of samples describing both cemented and plain materials. The results obtained have shown the ability of the numerical model to reproduce the macroscopic behavior of the fracture of a brittle material. The developed model has been applied to study the influence of the positioning of external contact points on the effective strength of a cylindrical shaped grain. The results have demonstrated an increase of the required force to break the grain depending on the position of the contacts. An experimental study has confirmed the numerical results. Finally, the model has been applied to the building of grains based on tomographic data.