Dans ce travail, nous nous intéressons à la modélisation stochastique continue et à l'identification des propriétés élastiques dans la zone d'interphase présente au voisinage des hétérogénéités dans un nano composite prototypique, composé d'une matrice polymère modèle renforcée par une nano inclusion de silice. Des simulations par dynamique moléculaire (DM) sont tout d'abord conduites afin d'extraire certaines caractéristiques de conformation des chaînes proches de la surface de l'inclusion, ainsi que pour estimer, par des essais mécaniques virtuels, des réalisations du tenseur apparent associé au domaine de simulation. Sur la base des résultats obtenus, un modèle informationnel de champ aléatoire est proposé afin de modéliser les fluctuations spatiales du tenseur des rigidités dans l'interphase. Les paramètres du modèle probabiliste sont alors identifiés par la résolution séquentielle de deux problèmes d'optimisation inverses (l'un déterministe et associé au modèle moyen, l'autre stochastique et lié aux paramètres de dispersion et de corrélation spatiale) impliquant une procédure d'homogénéisation numérique. On montre en particulier que la longueur de corrélation dans la direction radiale est du même ordre de grandeur que l'épaisseur de l'interphase, indiquant ainsi la non-séparation des échelles. Enfin, la prise en compte, par un modèle de matrices aléatoires, du bruit intrinsèque généré par les simulations de DM (dans la procédure de calibration) est discutée / This work is concerned with the stochastic modeling and identification of the elastic properties in the so-called interphase region surrounding the inclusions in nanoreinforced composites. For the sake of illustration, a prototypical nanocomposite made up with a model polymer matrix filled by a silica nanoinclusion is considered. Molecular Dynamics (MD) simulations are first performed in order to get a physical insight about the local conformation of the polymer chains in the vicinity of the inclusion surface. In addition, a virtual mechanical testing procedure is proposed so as to estimate realizations of the apparent stiffness tensor associated with the MD simulation box. An information-theoretic probabilistic representation is then proposed as a surrogate model for mimicking the spatial fluctuations of the elasticity field within the interphase. The hyper parameters defining the aforementioned model are subsequently calibrated by solving, in a sequential manner, two inverse problems involving a computational homogenization scheme. The first problem, related to the mean model, is formulated in a deterministic framework, whereas the second one involves a statistical metric allowing the dispersion parameter and the spatial correlation lengths to be estimated. It is shown in particular that the spatial correlation length in the radial direction is roughly equal to the interphase thickness, hence showing that the scales under consideration are not well separated. The calibration results are finally refined by taking into account, by means of a random matrix model, the MD finite-sampling noise

L'étude de l'endommagement des matériaux à comportement pseudo-fragile fait l'objet denombreuses études et la caractérisation du réseau de fissures constitue une étape nécessairepour une meilleure compréhension de leur comportement. L'objectif principal est ici d'identifierde manière la plus fine possible cet espace fissuré en trois dimensions grâce à la techniqued'imagerie nommée microtomographie X. Pour ce faire, une machine d'essai in-situ a étédéveloppée et une procédure d'analyse des images 3D a été validée. L'objectif du dispositif insituest de maintenir l'échantillon dans différents états fissurés pour rendre possible lesacquisitions microtomographiques. Une fois les images 3D reconstruites, la procédure detraitement est appliquée et l'espace fissuré est identifié. Des mesures sont alors réalisées surl'évolution du réseau de fissures au cours de l'endommagement. Ce travail constitue la premièreétape d'un traitement plus général qui a pour objectif de simuler numériquement lecomportement mécanique de ces matériaux en se basant sur leur géométrie réelle. / Materials displaying a pseudo-brittle behavior have been well studied over the past decade andthe characterization of the cracks network has become nowadays an important step for theunderstanding of their damaging behavior. The aim of this work is to characterize, in the finestavailable way, this crack space in 3D using X-ray computed microtomography. This wasachieved: 1) by designing an in-situ compressive device which maintains a sample in a crackedstate during microtomographic data acquisition and, 2) by processing the images with relevantimage filtering techniques for a better cracks network characterization. Two parameters ofchoice are then measured: the cracks network surface and volume. This work is the first step ofa global procedure which aims to numerically model the mechanical behavior of pseudo-brittlematerials by using real 3D crack geometry.

Les modèles physico-chimiques destinés à représenter la réalité expérimentale peuvent se révéler inadéquats. C'est le cas du piège à oxyde d'azote, utilisé comme support applicatif de notre thèse, qui est un système catalytique traitant les émissions polluantes du moteur Diesel. Les sorties sont des courbes de concentrations des polluants, qui sont des données fonctionnelles, dépendant de concentrations initiales scalaires.L'objectif initial de cette thèse est de proposer des plans d'expériences ayant un sens pour l'utilisateur. Cependant les plans d'expérience s'appuyant sur des modèles, l'essentiel du travail a conduit à proposer une représentation statistique tenant compte des connaissances des experts, et qui permette de construire ce plan.Trois axes de recherches ont été explorés. Nous avons d'abord considéré une modélisation non fonctionnelle avec le recours à la théorie du krigeage. Puis, nous avons pris en compte la dimension fonctionnelle des réponses, avec l'application et l'extension des modèles à coefficients variables. Enfin en repartant du modèle initial, nous avons fait dépendre les paramètres cinétiques des entrées (scalaires) à l'aide d'une représentation non paramétrique.Afin de comparer les méthodes, il a été nécessaire de mener une campagne expérimentale, et nous proposons une démarche de plan exploratoire, basée sur l’entropie maximale. / Physico-chemical models designed to represent experimental reality may prove to be inadequate. This is the case of nitrogen oxide trap, used as an application support of our thesis, which is a catalyst system treating the emissions of the diesel engine. The outputs are the curves of concentrations of pollutants, which are functional data, depending on scalar initial concentrations.The initial objective of this thesis is to propose experiental design that are meaningful to the user. However, the experimental design relying on models, most of the work has led us to propose a statistical representation taking into account the expert knowledge, and allows to build this plan.Three lines of research were explored. We first considered a non-functional modeling with the use of kriging theory. Then, we took into account the functional dimension of the responses, with the application and extension of varying coefficent models. Finally, starting again from the original model, we developped a model depending on the kinetic parameters of the inputs (scalar) using a nonparametric representation.To compare the methods, it was necessary to conduct an experimental campaign, and we propose an exploratory design approach, based on maximum entropy.