Il est communément admis l'existence d'un effet d'échelle sur les résistances nominales des matériaux quasi-fragiles tels que les matériaux cimentaires. Cet effet doit être pris en compte dans le dimensionnement vis-à-vis du comportement ultime des structures en béton afin de limiter les dommages et les ouvertures de fissures. Celles-ci sont de plus en plus utilisées pour étudier le comportement du béton et caractériser la durabilité des structures. Différentes théories existent dans la littérature pour décrire l'effet d'échelle. Parmi celles-ci on trouve la théorie déterministe de Bazant où l'énergie de fissuration est considérée comme indépendante de la taille et il est supposé qu'à charge maximale, la longueur de fissure est proportionnelle à la taille de l'échantillon. Dans le cadre de ce travail, on s'est attaché à étudier expérimentalement et numériquement les relations entre la longueur de fissure et la taille des éprouvettes. Sur le plan expérimental, l'effet d'échelle est caractérisé par des essais de flexion trois points sur des poutres de béton entaillées de tailles géométriquement similaires. L'influence de la taille des agrégats sur le comportement à la rupture a aussi été étudiée. La technique de Corrélation d'Images Numériques (DIC) est adoptée dans cette étude pour déterminer à la fois la longueur et l'ouverture de la fissure à différentes étapes de chargement. Cette méthode s'est révélée comme un outil robuste et de haute précision pour la mesure des paramètres caractérisant les fissures. Les résultats ont montré un effet de taille significatif sur le processus de propagation des fissures. En outre, l'effet d'échelle diminue lorsque la taille des agrégats augmente. Une étude sur poutres en béton armé est aussi réalisée pour étudier l'effet d'échelle sur l'ouverture et l'espacement des fissures. De point de vue réglementaire, il a été observé que l'Eurocode 2 sous estime les ouvertures de fissures. Sur le plan numérique, le comportement à la rupture des poutres en béton est simulé en utilisant un modèle d'endommagement non local. La longueur interne et d'autres paramètres du modèle sont calibrés par une technique de calibration inverse qui utilise une procédure automatique. Les profils d'ouverture de fissures sont déterminés par des procédures de post-traitement. L'analyse du comportement mécanique et de la propagation des fissures indiquent un effet d'échelle similaire à celui détecté par les résultats expérimentaux.

Ces travaux de thèse traitent des effets des fortes contraintes hydrostatiques sur la tenue en fatigue à grand nombre de cycles des matériaux métalliques. Il s'agit d'étudier, d'une part, l'effet de la contrainte moyenne (et plus particulièrement des fortes contraintes moyennes ou forts rapports de charge) et, d'autre part, l'effet de la biaxialité. Dans une première partie, une campagne d'essais importante est réalisée sur deux matériaux, un alliage d'aluminium de fonderie AlSi7Cu05Mg03 et un alliage d'aluminium corroyé 2024-O. L'effet de la contrainte moyenne et de la biaxialité (dans le cas de chargement de traction biaxiale) sur le comportement en fatigue à grand nombre de cycles (FGNC) des matériaux est caractérisé. Une attention particulière est portée à la description et à l'analyse des mécanismes d'endommagement. Une étude des modélisations existantes dans la littérature est réalisée visant à donner un aperçu sur leurs capacités à prendre en compte les effets des fortes contraintes hydrostatiques. Une modélisation adéquate est ensuite proposée pour le cas particulier de l'alliage d'aluminium de fonderie étudié. Basé sur une approche probabiliste, elle permet de refléter la compétition entre les différents mécanismes d'endommagement locaux observés et de rendre compte efficacement des effets de moyenne et de biaxialité. Les observations conduites sur différents alliages métalliques ont également montré, pour les plus forts rapports de charge, qu'un endommagement généré lors du premier quart de cycle pouvait modifier les conditions d'apparition d'une fissure. Un critère de fatigue basé sur un couplage plasticité-endommagement à l'échelle mésoscopique est alors mis en place. Il rend compte des principales tendances expérimentales notamment celles relatives au chargement de traction biaxiale.

L'utilisation de polymères thermoplastiques renforcés par des fibres de verre courtes (SGFRT) est en constante progression dans le domaine automobile car ils offrent de nombreux avantages : gains de masse, intégration de fonctions combinée à des géométries complexes et gain de productivité du fait de cadences élevées. Le Polyamide renforcé à 50% en masse, par des fibres de verre courtes, propose un très bon compromis technico-économique pour des applications sous capot moteur, y compris pour des composants structuraux. Ces applications nécessitent un dimensionnement à la fatigue fiable et optimisé. Les campagnes de caractérisation classiques se heurtent à la fois à la sensibilité thermomécanique à la fréquence de sollicitation et à la multiplicité des facteurs influents (process, environnement, multi-axialité, cumul, ...). Nous avons donc mis au point un protocole de caractérisation rapide à base d'essais d'auto-échauffement : cette technique, accompagnée d'un critère énergétique, permet un gain de temps considérable pour l'évaluation des différentes courbes d'endurance. Elle permet l'obtention d'une courbe d'endurance déterministe en moins de 2 jours et offre ainsi la possibilité d'étudier différents paramètres influents (géométrie, reprise en humidité, orientation des fibres, longueur des fibres, ligne de soudure ...). Son application à la caractérisation d'éprouvettes de structures et d'une structure industrielle a également illustré la pertinence de cette approche.

La thèse concerne l'instabilité des couches minces et en particulier à la délamination des couches sur substrat rigide. La première partie du travail s'intéresse aux contraintes résiduelles dans les couches minces de molybdène déposées par pulvérisation cathodique. Elle a permis d'étudier et développer des couches fortement compressives pour la délamination. Dans la seconde partie du travail ces couches fortement contraintes sont utilisées pour provoquer la délamination par cloquage d'un empilement contenant une interface faible. La propagation ainsi que la morphologie des délaminations ont été étudiés. Les paramètres qui affectent la morphologie des délamination sont identifiés et permettent la construction d'un diagramme de phase. Dans la dernière partie du travail un modèle numérique couplant flambage d'une plaque mince et zone cohésive est développé afin de modéliser le phénomène de délamination par cloquage. Les résultats obtenus par la méthode des éléments finis sont en accord avec les expériences.

En raison du durcissement des normes d'émissions de CO2 par l'Union Européenne, les constructeurs automobiles sont contraints d'alléger leurs véhicules, particulièrement en diminuant l'épaisseur des pièces. Par conséquent, les fournisseurs d'acier doivent proposer de nouveaux aciers capables, à épaisseur plus faible, de garantir une sécurité des passagers identique voire meilleure. Augmenter la résistance mécanique ne suffit pas puisque les propriétés de mise en forme se retrouvent diminuées. Un compromis peut être trouvé en optimisant la microstructure en combinant par exemple les bonnes propriétés de différentes phases comme dans les nouvelles générations d'aciers multiphasés. L'optimisation de la microstructure peut demander un nombre d'essais expérimentaux conséquent. La simulation numérique représente un outil efficace permettant de diminuer le temps et les coûts de conception en diminuant considérablement les campagnes expérimentales. Ce travail de thèse vise à développer un outil numérique capable de modéliser le comportement élasto-viscoplastique des aciers multiphasés lors de simulations numériques 3D de mise forme dans le logiciel de calcul par éléments finis Abaqus. Une loi phénoménologique à base physique a été formulée de manière incrémentale dans un cadre tensoriel afin de modéliser le comportement élasto-viscoplastique des phases constitutives. Cette loi originale a été confrontée à la fois à des essais expérimentaux et à d'autres modèles issus de la littérature. Le comportement macroscopique de l'acier multiphasé est obtenu en utilisant un schéma autocohérent écrit spécifiquement pour des matériaux hétérogènes élasto-viscoplastiques. Par ailleurs, une nouvelle approche micromécanique visant à introduire des effets de longueurs internes microstructurales (taille de grain, taille de particule, etc.) est proposée et validée à l'aide de données expérimentales. Enfin, l'outil numérique développé dans ce travail de thèse est appliqué à la simulation d'essais de traction uniaxiale et de pliage en V afin d'évaluer la pertinence des phénomènes physiques (tels que la striction, les effets de vitesse de déformation sur la localisation et l'effet Bauschinger) dus au mélange de phases élasto-viscoplastiques.

L'alliage de titane Ti555-3, qui commence à être utilisé dans le domaine aéronautique, soulève des difficultés spécifiques en usinage. Cette étude propose d'analyser l'usinabilité de cet alliage et de la comparer à un alliage de référence, le Ti-6Al-4V. Trois aspects ont été explorés. Des essais de coupe orthogonale instrumentés ont été réalisés avec examen de la morphologie des copeaux. Cette étude a permis d'entrevoir l'influence de différents paramètres de coupe sur les conditions d'usinage sur l'usinabilité du Ti555-3. Ainsi l'évolution des efforts de coupe, des températures dans la zone de coupe, la modification de la morphologie du copeau et les évolutions des contraintes résiduelles ont pu être mis en évidence. Des essais de comportement en cisaillement rapide ont permis de reproduire les observations faites sur l'usinage et de proposer l'identification de la loi de Johnson-Cook des matériaux que nous avons ensuite utilisés dans des simulations de formation de copeaux. Une étude sur l'usinage assisté jet d'eau haute pression (UAJEHP) a été menée à différentes vitesses de coupe et d'avance, avec assistance haute pression et à sec. Les copeaux obtenus ont été examinés géométriquement. Les contraintes résiduelles du matériau généré par l'UAJEHP ont été étudiées, leurs analyses ont permis de constater que cette technique réduit le niveau maximal des contraintes résiduelles superficielles. L'utilisation de l'usinage assisté Laser (UAL) permet d'accroitre de nombreux aspects de l'usinabilité des alliages de titane. Cette étude a permis de montrer une influence très significative du la puissance laser sur les efforts de coupe et sur l'intégrité de surface des pièces usinées.

L'objectif de cette thèse est de comprendre et modéliser, sur des bases physiques, les phénomènes métallurgiques et mécaniques induisant des changements de textures cristallographiques. Des caractérisations microscopiques et texturales sont menées sur un acier sans interstitiel (IF pour Interstitial Free) au cours de son procédé d'élaboration : à l'état de tôle à chaud, puis de tôle à froid et enfin après recristallisation. Parallèlement à cette analyse expérimentale, un couplage de modèles de prévision des textures de déformation et de recristallisation est mené. Cela concerne principalement la prévision des paramètres de la déformation déterminants pour la genèse des textures de recristallisation. La caractérisation des hétérogénéités de déformation tout comme la modélisation a été réalisée à différentes échelles. Les paramètres extraits de la caractérisation expérimentale, notamment grâce aux analyses EBSD (au MEB et au MET), ont permis d'estimer la fragmentation qui a lieu pour certaines orientations cristallographiques. Ces résultats s'accordent avec l'estimation de l'énergie stockée par DRX avec, en moyenne deux fois plus d'énergie dans les grains de la fibre γ après de fortes réductions mais peu de différences avant. Une hiérarchie de la fragmentation F est proposée telle que F{100}<110> < F{112}<110> < F{111}<110> < F{111}<112> < F{554}<225> . Des comparaisons expérience-modèles ont complété ces analyses. La fragmentation de la fibre γ s'explique par un nombre de murs créés au cours de la déformation plus important que pour α. D'autre part les axes de désorientations de ces deux fibres sont différents, une rotation autour d'un axe DL pour la fibre α, et DN pour la fibre γ.

Developing numerical tools for polymer lifetime prediction constitutes a promising opportunity for shortening the duration of material certification procedures in the automotive industry without decreasing their reliability. This PhD thesis aims at modeling the photothermal oxidation of isotactic polypropylene (iPP), which is responsible for the alteration of both its mechanical and aspect properties. The adopted approach consists in coupling the kinetics of photo- and thermo-oxidation reactions with physical phenomena, such as oxygen transport and UV-light attenuation in the material thickness, in order to describe all the physico-chemical changes. Upper-scale properties, from which will be defined the end-of-life criteria, will be calculated afterwards by applying the suitable structure-property relationships. The main challenge was to extend the pre-existing kinetic model of thermal ageing to photothermal ageing by taking into account initiation reactions of photolysis. Heavy campaigns of ageing and characterization tests made on a reference iPP, as well as an exhaustive capitalization of literature data of other iPPs, have allowed elaborating a kinetic model of photothermal oxidation and to generalize it to the whole iPP family in large domains of oxygen partial pressure (from 0.2 to 50 bars), temperature (from 40 to 230°C) and UV-light exposure (variable intensities and light sources) describing both natural and accelerated ageing conditions. The experimental validation of the model has allowed substantiating the kinetic approach and showing its limitations, as well as highlighting some numerical issues. The model has been designed in order to be an upgradable numerical tool which will allow, at term, optimizing the representativeness of the ageing testing devices and the performance of commercial iPP formulations. All these theoretical and numerical developments are prone to be applied to the photothermal degradation of other types of polymer substrates, but also in other application fields of the macromolecular photochemistry such as UV-photopolymerization.Keywords: Polypropylene, photothermal oxidation, oxygen diffusion control, screen effect, kinetic modeling, lifetime prediction.

l'objectif de ce travail est d'analyser et de modéliser le transport d'un polluant dans la couche superficielle non saturée du sol. On se limite aux sols hygroscopiques pour lesquels les constituants de la phase liquide (eau+polluant) sont fortement liés à la phase solide. Les transferts de matière s'opèrent en phase liquide et gazeuse avec prise en compte du changement de phase liquide-gaz. Grâce à un dispositif original, on analyse tout d'abord les isothermes de désorption de l'eau, de l'heptane, du trichloréthylène (TCE) et du mélange eau+TCE dans deux sols ; l'un contenant de l'argile et de la matière organique ; l'autre, en provenance du Burkina Faso (BF) présente des proportions moindres de ces constituants. Le changement de phase liquide-gaz du TCE a fait l'objet d'une étude expérimentale dans le cas du sol du BF avec différentes conditions expérimentales en température et pression. L'ensemble des travaux bibliographiques et expérimentaux ont conduit à la proposition d'un modèle mathématique. La validation du modèle a porté sur le transfert d'eau seule par comparaison avec des expériences de transfert sur des colonnes. Ce modèle traduit particulièrement bien le flux d'eau à la surface et l'évolution des profils de teneur en eau. Ce modèle peut être utilisé dans l'état actuel pour décrire les transferts d'eau à l'interface sol-atmosphère en zone aride. Dans une deuxième partie, on examine le transfert du TCE dans la couche superficielle. Des études de sensibilité ont été menées sur l'épaisseur de la couche, la teneur en eau, la concentration initiale du TCE, la constante de Henry et du coefficient de changement de phase. Cette étude met en évidence l'importance des différents paramètres sur les transferts d'un composé organique volatil et donc sur les priorités de mener parallèlement des expériences en laboratoire et in situ.

Les explosifs sont des matériaux qui, bien que potentiellement sensibles, sont conçus pour être stables en conditions normales, ainsi que lors de sollicitations mécaniques, chimiques ou thermiques " faibles ". Pourtant, sous sollicitations mécaniques de faible intensité, comme les impacts basse vitesse, ils peuvent réagir de manière intempestive. Les propergols, et plus particulièrement la butalite, objet de notre étude, présentent ce caractère : on observe des " réactions " pour des vitesses d'impacts inférieures à 100 m.s-1, dont l'origine est probablement liée à l'endommagement microstructural du matériau. Dans ce contexte, le but ultime du CEA Gramat est d'obtenir un outil de prédiction de la vulnérabilité des matériaux énergétiques pour les impacts à basse vitesse de type " tour de chute ". Pour ce faire, il est essentiel de disposer de données sur la morphologie et le comportement (thermo)mécanique macroscopique du matériau considéré, de ses phases constitutives à l'échelle mésoscopique et de ses interfaces. Ainsi l'objectif de la thèse est de déterminer le type et le niveau de(s) endommagement(s) apparaissant(s) dans une " butalite inerte " suite à un impact mécanique dit " à basse vitesse " (i.e., inférieure à 100 m.s-1) réalisé à l'aide d'un dispositif de type tour de chute modifié, associant un suivi par vidéo numérique rapide et une analyse microtomographique ante- et post-essai, en étudiant le ou les phénomènes physiques à l'origine des réactions sous " faibles " sollicitations, leur évolution et leur(s) origine(s) physique(s). Les grains sont modélisés par une loi de comportement purement élastique et la matrice en PBHT est décrite par une loi visco-hyper-élastique (couplage d'une série de Prony et du modèle de Mooney-Rivlin).