Le design de pièces de structures aéronautiques en matériau composite requiert un grand nombre de tests et de simulations à différentes échelles. Dans ce contexte industriel, les modèles de comportement sont amenés à prendre une importance de plus en plus prégnante. L'idée développée dans cette thèse est d'améliorer la description de la fissuration transverse à travers le mésomodèle des composites, introduit au LMT dans les années 80. L'objectif est d'être en mesure de prédire précisément par la simulation la rupture d'un stratifié, en conservant des coûts de calculs raisonnables en vue de substituer à tout ou partie des essais mécaniques onéreux. On propose ainsi une nouvelle version de notre modèle qui combine, à la fois la prise en compte de la fissuration transverse localisée sous forme de split, et une description homogénéisée pour les fortes densités de fissures transverses. Afin de concilier ces deux approches un critère de détection ad hoc est proposé, le cas échéant les macrofissures sont introduites dans le modèle par le biais d'éléments cohésifs.Une partie de l'originalité de ce travail est de concevoir et développer des méthodes de calculs, en vue de leur transfert vers l'industrie. Pour assurer la pérennité des développements, et pouvoir traiter des problèmes industriels (grand nombre de degrés de liberté, géométries industrielles) on utilise uniquement des logiciels de calculs commerciaux. `A cette fin, l'ensemble des développement a été implémenté de manière non intrusive sous SAMCEF. Enfin, pour éprouver la nouvelle stratégie proposée, une campagne de validation en partenariat avec AIRBUS GROUP INNOVATION a été menée sur des structures en matériau composites stratifiées formées selon des empilements complexes et présentant des accidents géométriques. Le développement de lois de comportements adoucissantes entraîne des problèmes de dépendance au maillage, la question de la localisation est alors abordée sous un angle pratique. / Structural aerospace parts design in composite material requires a large number of tests and simulations at different scales. In this industrial context, constitutive laws are more and more important.The idea of this thesis is to improve the description of transverse cracking in the composite mesomodel, introduced in the LMT during the 80's. The objective is to be able to predict accurately the failure of a laminated composite structure, at cheap computational cost, in order to replace some of expensive mechanical tests.We propose a new version of our model which combine, isolated transverse cracks description such as splits, and an homogenized representation to model important transverse cracks density. To reconcile these two approcahes an ad hoc criterion is introduced, if necessary macrocracks are set in the model by using cohesive elements. A significant proportion of this works is to design and elaborate methods and computation strategy, in order to transfer from academic world to industry. To maintain computer code, and be able to compute industrial mechanical problems (large number of DOF, complex geometry) only commercial softwares must be used. For this purpose, the whole code is implemented in a non intrusive way on SAMCEF software. Finally, to challenge the new strategy, a campaign of validation, with our industrial partner AIRBUS GROUP INNOVATION was carried about structures in laminated composite material, with complex stackings with stress concentrations. Constitutive laws with softening triggers off mesh dependance issues, then the question of localization is discussed from a practical angle.

The present thesis is part of an approach that attempts to represent the quasi-brittle behavior of heterogeneous materials such as cementitious ones. The guideline followed fits in a sequenced multi-scale framework for which descriptions of the material are selected at a thin scale (mesoscopic or microscopic) and information is transferred to a larger scale (macroscopic). It shows how the explicit representation of heterogeneities offers interesting prospects on identification, understanding and modeling of macroscopic behaviors. In practice, from a simple description of each phases and interfaces behavior, a structural effect that leads to more complex macroscopic behavior is observed. This work is therefore focusing on two main axes. On the one hand, the morphological representation of the heterogeneities is handle using the excursion sets theory. Randomly shaped inclusions, which geometrical and topological characteristics are analytically controlled, are produced by applying a threshold on realizations of correlated Random Fields. On the other hand, the FE implementation of both heterogeneity and local degradation behavior (micro-cracking) are dealt with by a double kinematics enhancement (weak and strong discontinuity) using the Embedded Finite Element Method. Finally, combining both axes of the problematic, the resulting model is tested by modeling cementitious materials at the meso-scale under uniaxial loadings mainly. It reveals an emergent macroscopic response that exhibits several features such as asymmetry of the tension-compression stress-strain relationship, crack patterns or historical-dependency, which are typical of concrete-like materials.

Le travail effectué tend à représenter le comportement quasi-fragile des matériaux hétérogènes (matériaux à matrice cimentaire). Le principe suivi s'inscrit dans le cadre des approches multi-échelles séquencées où la description des matériaux est faite à une échelle fine (mésoscopique) et l'information est transférée à une échelle plus grande (macroscopique). Les résultats montrent que la prise en compte explicite des hétérogénéités offre des perspectives intéressantes vis-à-vis de l'identification, la compréhension ainsi que la modélisation des comportements macroscopiques. En pratique : à partir d'une description simple de chaque phase ainsi que du comportement des interfaces, un effet structurel est observé, menant à des comportements macroscopiques compliqués. Le travail est donc axé autour de deux problématiques principales. D’un coté, la représentation morphologique des hétérogénéités est produite en utilisant la théorie des excursions de champs aléatoires corrélés, produisant des inclusions de forme aléatoires dont les caractéristiques géométriques et topologiques sont analytiquement contrôlées. D’un autre coté, dans un cadre Elément Fini, un double enrichissement cinématique permet de prendre en compte les hétérogénéités ainsi que le phénomène de dégradation local (microfissuration). En couplant ces deux aspects, le méso-modèle montre des réponses macroscopiques émergentes possédant d'intéressantes propriétés typiques des matériaux à matrice cimentaires telles que : asymétrie de la réponse en traction et en compression, profils de fissurations réalistes ou encore dépendance du comportement vis-à-vis de l’historique du chargement. / The present thesis is part of an approach that attempts to represent the quasi-brittle behavior of heterogeneous materials such as cementitious ones. The guideline followed fits in a sequenced multi-scale framework for which descriptions of the material are selected at a thin scale (mesoscopic or microscopic) and information is transferred to a larger scale (macroscopic). It shows how the explicit representation of heterogeneities offers interesting prospects on identification, understanding and modeling of macroscopic behaviors. In practice, from a simple description of each phases and interfaces behavior, a structural effect that leads to more complex macroscopic behavior is observed. This work is therefore focusing on two main axes. On the one hand, the morphological representation of the heterogeneities is handle using the excursion sets theory. Randomly shaped inclusions, which geometrical and topological characteristics are analytically controlled, are produced by applying a threshold on realizations of correlated Random Fields. On the other hand, the FE implementation of both heterogeneity and local degradation behavior (micro-cracking) are dealt with by a double kinematics enhancement (weak and strong discontinuity) using the Embedded Finite Element Method. Finally, combining both axes of the problematic, the resulting model is tested by modeling cementitious materials at the meso-scale under uniaxial loadings mainly. It reveals an emergent macroscopic response that exhibits several features such as asymmetry of the tension-compression stress-strain relationship, crack patterns or historical-dependency, which are typical of concrete-like materials.