Le vieillissement du patrimoine routier est observé dans la plupart des pays du monde, générant des besoins croissants en matière de travaux d'entretien et de réparation des chaussées. Dans un contexte de contraintes économiques et environnementales de plus en plus exigeant, ces travaux nécessitent souvent encore le développement de solutions techniques appropriées, résistantes et durables dans le temps. Se pose alors le problème de l'évaluation prévisionnelle de ces techniques, qui doit se faire sans attendre les longs délais nécessaires aux enseignements provenant avec le temps des retours d'expérience sur chaussées réelles. Dans le cadre de la présente thèse Approche expérimentale et numérique de la fissuration réflective des chaussées, on s'intéresse aux sollicitations mécaniques gouvernant les mécanismes de remontée de la fissuration à travers les couches de surface bitumineuses. Il peut s'agir de la fissuration régnant dans les couches d'assise de chaussées dégradées ayant fait l'objet de travaux de renforcement et également de celle régnant dans les couches d'assise en matériaux traités aux liants hydrauliques de chaussées semi-rigides neuves. L'objet est de caractériser ces sollicitations afin de définir les protocoles de chargement aussi réalistes que possible pour piloter le banc de fissuration MEFISTO en cours de développement du Laboratoire Régional d'Autun. Cet équipement permettra d'étudier en laboratoire le comportement de matériaux bitumineux. Pour la détermination de ces protocoles, la démarche générale guidant le déroulement de notre travail s'articule selon deux principales phases. Dans une première phase, le phénomène de remontée de la fissuration est étudié sur des planches de chaussées expérimentales soumises à un trafic accéléré à l'aide des simulateurs de trafic lourd FABAC du LCPC. Ces essais mettent en évidence un délaminage systématique et très rapide avec le trafic de l'interface entre le rechargement bitumineux et son support fissuré. La remontée de la fissuration dans l'enrobé résulte alors de l'endommagement par fatigue sous l'effet des contraintes de traction par flexion induites par ce délaminage. L'interprétation des résultats expérimentaux conduit à proposer un modèle numérique aux éléments finis 3D, permettant de reproduire les états initiaux de sollicitations dans la couche de rechergement bitumineuse. Le modèle met en ½uvre le logiciel CESAR-LCPC . Dans une deuxième phase ce modèle numérique est utilisé pour déterminer les conditions de pilotage de la machine de fissuration MEFISTO. La démarche proposée est illustrée par un exemple de chaussée tiré du Catalogue de dimensionnement SETRA/LCPC. Elle repose sur la minimisation des écarts entre les efforts supportés par le matériau dans la chaussée réelle et le matériau testé à proximité de la fissure. Cette démarche nous conduit à proposer une position optimale des vérins verticaux, ainsi que des trajets de chargements complètement définis. Ces résultats pourront être utilisés pour la réalisation prochaine des tout premiers essais. Il reste encore à tester et à valider la pertinence de la démarche, qui sera à juger en fonction de la représentativité de l'essai MEFISTO par rapport au comportement de chaussées réelles, sans doute après quelques adaptations. Ceci sera possible lorsque le banc en cours de modification sera à nouveau opérationnel.

L'objectif de ce travail est de contribuer à l'amélioration des mécanismes d'imprégnation d'un renfort fibreux par une résine polymère dans les procédés de mise en œuvre de matériaux composites de type LCM (Liquid Composite Molding). Les études théoriques et expérimentales réalisées se sont focalisées sur les anomalies d'imprégnation pouvant apparaître lors des écoulements. Les défauts couramment observés sont des vides pouvant s'assimiler à des bulles et provenant, en partie, d'une compétition entre les régimes gouvernant les écoulements intra-mèche et inter-mèches. L'analyse de la formation et du transport des bulles au sein d'une structure fibreuse demeure délicate à réaliser du fait de l'architecture complexe de la préforme. Afin de s'exonérer des difficultés rencontrées lors de la visualisation au sein du renfort et pour répondre à cette problématique de vide créé, nous avons fait le choix d'étudier les mécanismes d'imprégnation ainsi que la formation et le transport de bulles dans des réseaux modèles. Une analyse multi-échelles a été adoptée pour nos expérimentations faisant appel à une approche micro et millifluidique où les forces de mouillabilité sont prépondérantes. Les résultats obtenus montrent, dans un premier temps, l'influence de ces forces dans les mécanismes de génération et de transport de bulles et permet de justifier certaines observations proposées dans ce sujet. Un modèle simple basé sur des configurations d'inter-connectivités micropore/macropore a été proposé. Ce modèle permet d'envisager différentes analyses paramétriques selon des configurations géométriques et des régimes d'écoulement variés. Sur cette base, il est possible de prendre en compte différents facteurs et de les comparer à certaines contributions de la littérature dans le domaine de l'imprégnation des milieux fibreux et de la mise en œuvre des composites.

La complexité des mécanismes de liaison au sol a amené l'industrie automobile à utiliser largement les outils de simulation multicorps pour la conception et l'optimisation des véhicules. Ces outils permettent de constituer les modèles élastocinématiques des mécanismes de liaison au sol et d'analyser l'influence des paramètres de conception sur le comportement du véhicule. Cependant des différences significatives apparaissent entre le comportement réel des essieux et le comportement des modèles qui les représentent. Les travaux présentés dans ce mémoire de thèse s'attachent à proposer de nouvelles méthodes permettant l'identification des paramètres géométriques et élastocinématiques des mécanismes de liaison au sol. Les méthodes d'identification proposées sont basées sur l'observation de la position et de l'orientation des pièces pour différents états du mécanisme. Deux approches sont présentées pour l'identification des paramètres géométriques, puis deux méthodes pour l'identification des paramètres de rigidité. Chacune de ces méthodes est testée numériquement et expérimentalement afin de vérifier la qualité des modèles ainsi constitués.

Les matériaux cimentaires peuvent se détériorer grandement lorsqu'ils sont soumis à des cycles de gel/dégel avec ou sans sels de déverglaçage. Ceci peut porter atteinte à la durabilité à long terme des bétons/mortiers dans les régions aux hivers froids. Laissant de côté les processus d'endommagement et de rupture mécanique à l'oeuvre dans de tels problèmes, ce mémoire de thèse est consacré aux phénomènes physiques et thermo-mécaniques accompagnant la solidification de l'eau dans des solides poreux cohésifs, avec une attention particulière aux "propriétés matériau" issues de l'hydratation du ciment et de l'évolution de la microstructure. Ce travail reprend la poromécanique des milieux poreux partiellement gelés telle que développée par Olivier Coussy, tout en lui adjoignant une analyse de l'effet de la fin de la surfusion (en volume, hors contribution capillaire) et de la présence de sels dans le liquide saturant l'espace poreux. Nous avons mesuré la température de fin de surfusion en fonction de la concentration en sel. Ceci nous permet ensuite de calculer l'angle de contact entre la glace et les parois des pores dans le cadre classique de la nucléation hétérogène : on trouve que cet angle diminue avec la concentration en sel. Nous montrons que la dilatation instantanée consécutive à la fin de la surfusion dépend de la structure poreuse puisque cette dernière détermine la teneur en glace dans l'espace poreux. À l'aide de la distribution de tailles de pores estimée par porosimétrie par intrusion de mercure, nous estimons le degré de saturation en glace en fonction de la température et de la concentration initiale en sel via la relation de Gibbs-Thomson. Nous avons mesuré la déformation d'échantilllons de pâte de ciment saturée. L'analyse poromécanique montre que la déformation dépend de la concentration initiale en sel et de la structure poreuse des pâtes de ciment. En utilisant la même approche expérimentale sur des pâtes de ciment sèches, nous trouvons que la porosité (avec ou sans vide d'air entraîné) influence significativement le coefficient d'expansion thermique du matériau. En ce qui concerne les pâtes de ciment saturées, les mesures expérimentales et l'approche poromécanique en condition drainée ou non-drainée montrent que le degré de saturation initiale en liquide des vides d'air entraîné a un impact important sur la déformation de l'échantillon avec la température.

Pendant ce travail, nous avons étudié le comportement en fatigue d'un polyamide 66 chargé de fibres de verre. Ce matériau a de nombreuses applications où il subit des sollicitations dynamiques, comme les pièces sous capot d'un véhicule. La compréhension des micro-mécanismes qui gouvernent le comportement de ce matériau en fatigue joue un rôle essentiel dans la conception de ces pièces. Dans le but d'observer l'influence de la direction de sollicitation par rapport à l'orientation des fibres ainsi que le rôle de l'interface, deux types de sollicitation ont été choisis : La sollicitation en Flexion Alternée et la sollicitation en Traction- Traction. Pour les ces deux types de sollicitation, la température de surface augmente pendant les tests. Les résultats montrent que cette augmentation dépend du niveau de chargement et de la fréquence. Les courbes de Wöhler se rejoignent et la température induite par l'auto-échauffement à ce point de jonction augmente pour les deux essais avec une allure identique. Pendant la période d'amorçage des fissures en flexion alternée, nous n'avons pas observé de changement macroscopique des propriétés de l'éprouvette, densité, taux de cristallinité, température de transitions vitreuse et module d'élasticité. Un temps de repos à proximité de la rupture permet de relaxer les micro-défauts et d'augmenter le nombre de cycles à la rupture. La durée de vie a été modélisée pour le polyamide 66 et son composite.

L'un des avantages majeurs des stratifié composites à renforts de fibres longues est la capacité d'orienter les fibres de chaque pli afin d'optimiser ses propriétés mécaniques telles que la résistance et la rigidité, par rapport aux chargements imposés. Malgré d'excellentes propriétés dans le plan, les stratifiés présentent un problème propre aux matériaux réalisés par stratification: la rupture inter-laminaire. Ce mécanisme de rupture se caractérise par un décollement ou une décohésion entre les plis du stratifié. Il est couramment appelé le "délaminage". De plus, peu d'information existe dans la littérature concernant le délaminage en mode II pur. Par ailleurs, cette dernière est encore moins prolifique en ce qui concerne les sollicitations rapides. L'objectif de cette thèse est donc d'étudier ce mode de délaminage lorsque ce type de matériau composite est soumis à des sollicitations rapides. L'essai de délaminage en mode II CLS (Cracked-Lap-Shear) a été appliqué à deux types standards de matériaux composites unidirectionnels en utilisant un système de guidage assurant un mode II quasi-pur. Les campagnes d'essais ont été réalisées à l'aide d'une machine de traction à grande vitesse. Une caméra rapide de type Photron a été utilisée pour filmer la fissuration jusqu'à des vitesses de propagation de l'ordre de 1000m/s. L'application de la technique de mesure de champ par Corrélation d'images a permis de mesurer les champs de déplacement locaux au voisinage de la tête de la fissure. Deux méthodes différentes de mesure sont étudiées et appliquées aux essais pour suivre la propagation de la fissure: la méthode de contraste et une méthode combinant la mesure par Corrélation d'image et la méthode des Eléments finis. Par ailleurs, deux approches: la première dite " locale " et la seconde dite " globale " ont été appliquées pour déterminer l'évolution du taux de restitution d'énergie en fonction de la vitesse de propagation de la fissure. Grâce aux résultats obtenus par ces deux approches, nous avons montré que la loi théorique proposées par YANG est capable de bien représenter l'évolution du taux de restitution d'énergie en fonction de la vitesse de propagation de la fissure lors du délaminage en mode II. La loi d'évolution de Yang a donc été validée.

De nombreux matériaux du génie civil, comme le béton ou les enrobés bitumineux, sont des pâtes granulaires, c'est-à-dire des suspensions dont la concentration volumique en inclusions solides est très élevée. Ce travail porte sur la modélisation et la simulation numérique discrète du comportement et du compactage de pâtes granulaires 2D non browniennes et non colloïdales constituées de grains élastiques rugueux de forme circulaire, baignant dans un liquide newtonien de très grande viscosité. Après avoir introduit un modèle de pâte granulaire dans lequel le seul effet du liquide est d'induire des interactions de lubrification entre paires de grains proches, nous présentons une méthode numérique quasi-statique permettant de simuler le comportement de ces systèmes lorsqu'ils sont soumis à un état de contrainte donné. L'étude de l'état d'équilibre adopté par une pâte granulaire lubrifiée lorsqu'on lui applique une pression isotrope montre que, dans la limite où la rugosité des grains est nulle, un tel système se comporte comme un assemblage sec de grains non frottants. C'est la raison pour laquelle nous étudions ensuite le comportement de ces assemblages en 3D lorsqu'on les soumet à des chargements statiques anisotropes ainsi qu'à des essais de cisaillement simple dans la limite quasi-statique. Nous montrons en particulier que les coefficients de frottement interne statique et dynamique sont non nuls et coïncident, que ces assemblages ne présentent aucune dilatance et qu'ils satisfont un critère de rupture de Lade-Duncan. Le comportement d'une pâte granulaire lubrifiée 2D faite de grains de rugosité finie soumise à un cisaillement maintenu est ensuite analysé et nous comparons nos résultats avec ceux obtenus en cisaillant des assemblages granulaires secs 2D. Finalement, nous étudions de manière détaillée les paramètres influençant le compactage d'une pâte granulaire lubrifiée et mettons en évidence la réduction de la mobilisation du frottement intergranulaire accompagnant la densification du matériau.

L'endommagement des discontinuités rocheuses non-persistantes ainsi que les effets hydromécaniques sont déterminants pour la stabilité des massifs rocheux. Un nouveau modèle constitutif d'endommagement-plastique des joints a été proposé. Ce modèle, permet de prendre en compte la dégradation progressive de la résistance et de la raideur des joints dans les deux directions normale et tangentielle du joint. Il tient également compte des déplacements relatifs irréversibles, de la résistance résiduelle tangentielle et du comportement non-linéaire des joints. Le modèle implémenté dans le code aux éléments finis CESAR-LCPC est capable de bien reproduire les résultats expérimentaux. Pour réaliser des calculs hydromécaniques couplés, un module de calcul hydraulique stationnaire dans un réseau de fractures a été développé ainsi qu'une interface entre ce module et le code CESAR-LCPC. Ces outils numériques ont été appliqués à l'étude de la stabilité des Rochers de Valabres (Projet ANR STABROCK).

L'utilisation potentielle de composites SiC/SiC comme matériau de gainage dans des réacteurs nucléaires du futur nécessite de comprendre et prévoir leur comportement mécanique complexe, mêlant endommagement et forte anisotropie. Dans le cadre d'une approche multi-échelle, les travaux présentés concernent l'étude du premier changement d'échelle : de l'échelle des constituants élémentaires à celle du toron. Des approches micromécaniques sont mises en œuvre afin de décrire le comportement macroscopique du toron en tenant compte des hétérogénéités de microstructure ainsi que des mécanismes d'endommagement activés à l'échelle locale. Une caractérisation microstructurale fine du toron permet de générer une microstructure virtuelle et d'en étudier la réponse élastique par homogénéisation numérique. En plus d'aborder la notion de VER mécanique, cette étude met en évidence les effets importants de la porosité résiduelle, issue du procédé d'infiltration de la matrice, sur le comportement transverse du toron. L'endommagement longitudinal est étudié par l'intermédiaire de minicomposites, dont l'évolution microscopique des mécanismes d'endommagement (fissures matricielles et ruptures de fibre) est analysée expérimentalement (essais in-situ MEB et tomographie). Cette caractérisation permet notamment d'identifier les paramètres interfaciaux d'un modèle statistique d'endommagement 1D. Si les hypothèses classiques permettent de bien décrire la fissuration matricielle aux deux échelles d'observation, il est nécessaire de les modifier pour obtenir un comportement à rupture correct.

Au cours des procédés de forgeage et d'usinage, le matériau subit des déformations rapides et importantes provoquant des échauffements localisés, des changements microstructuraux et de l'endommagement. La modélisation de tels phénomènes nécessite la connaissance précise des lois de comportement et d'endommagement sur une très large gamme de déformations, vitesses de déformation, et températures. Des essais de compression conduits en utilisant le simulateur thermomécanique GLEEBLE et le banc d'Hopkinson sur deux aciers, 42CrMo4 et 100Cr6, et un alliage d'aluminium 2017-T4, permettent de distinguer trois domaines de comportement : à froid, à mi-chaud et à chaud. Les phénomènes microstructuraux rencontrés dans chaque domaine sont analysés et reliés au comportement rhéologique observé. Après une comparaison de différents modèles de la littérature, un modèle empirique est proposé. Il rend efficacement compte de la compétition entre l'écrouissage et l'adoucissement et permet de refléter, via un couplage, les effets de température et de vitesse de déformation. Une caractérisation des mécanismes d'endommagement est conduite, à froid, à l'aide d'essais de traction in situ dans un Microscope Electronique à Balayage et de la méthode de corrélation d'images numériques. En température, des essais de traction sur éprouvettes axisymétriques entaillées sont utilisés. Deux modèles d'endommagement sont identifiés et analysés, le critère de rupture découplé de Johnson-Cook et le modèle micromécanique couplé de Gurson-Tvergaard-Needleman. Les différents modèles de comportement étudiés sont enfin utilisés et discutés dans le cadre de simulations Eléments Finis de la coupe orthogonale, du cisaillement sur éprouvette " chapeau " et du bipoinçonnement.