Dans une première partie de cette thèse, l’indentation du verre par des sphères rigides a été analysée numériquement. Un modèle d’endommagement continu anisotrope a été implanté dans un code de calculs par éléments finis pour étudier l’endommagement du verre. Trois zones ont été mises en évidence : la première est liée à la fissure conique, la deuxième à la fissure médiane et la troisième à la déformation permanente. Les directions des fissures prédites via le critère de densité d’énergie minimale ont été trouvées en très bon accord avec ceux déterminées expérimentalement dans la littérature. Le modèle utilisé dans l’analyse statique a été étendu aux cas dynamiques dans une deuxième partie de cette thèse. Une attention particulière a été portée sur la fissure conique. Un modèle d’endommagement simplifié (seulement gouverné par la contrainte principale maximale) couplé à la technique de désactivation des éléments a été utilisé pour suivre la propagation de la fissureconique sans présumer du site d’initiation. Dans une dernière partie de cette thèse, le phénomène d’érosion du verre a été étudié expérimentalement (par sablage) et numériquement. Le modèle implanté a été utilisé pour expliquer les observations expérimentales, en particulier la dépendance de l’enlèvement de matière vis-à-vis de la taille des projectiles, la distance inter-projectiles, la vitesse d’impact, l’angle d’impact et le nombre d’impacts. En modélisant plusieurs tailles et vitesse de projectiles en accord avec les paramètres expérimentaux connus, la simulation numérique d’un seul impact a prédit une quantité de matière enlevée en très bon accord avec celui mesuré expérimentalement par profilométrie. / In a first part of this thesis, the indentation of glass bulk was numerically analyzed using small-sized rigid spheres loaded normally. An anisotropic continuum damage mechanics (CDM) model was implemented into a finite element program to study the damage pattern in glass. The CDM-based model pointed out three explicit sites for damage initiation: the first for cone crack, the second for median crack and the third for permanent deformation. The directions of crack propagation predicted via the criterion of minimum strain energy density were found in very good agreement with those experimentally obtained in the literature. The CDM framework used in the static modeling was extended to the dynamic cases in a second part of this thesis. A particular attention was paid to the cone crack pattern. A simplified CDM-based model (only governed by the maximum principal stress) coupled with the vanishing element technique was employed to follow the cone crack propagation without presuming the initiation site. In the last part of this thesis, the phenomenon of glass erosion was studied from experimental (sandblasting) and numerical approaches. The implemented CDMbased model was used to explain the experimental observations, especially the dependence of material removal on projectile size, inter-projectile spacing, velocity, angle and number of impacts. By modeling various projectile sizes and velocities according to those used in the experiments, the numerical simulation of a single impact predicted an amount of material removal in very good agreement with that measured experimentally using a profilometer.

L'enjeu actuel pour les industriels de l'aéronautique est de diminuer la consommation en carburant et/ou d'augmenter le rendement des avions. A terme, Safran souhaite remplacer les aubes de turbine, actuellement en superalliage, par des aubes en matériau composite tissé de type SiC/SiBC. Il est alors important de prévoir leurs durées de vie. Ce travail a donc consisté à développer un modèle de durée de vie pour ces composites autocicatrisants. Ces matériaux tissés sont constitués de fibres Nicalon, d'une interphase de pyrocarbone et d'une matrice autocicatrisante multicouche (B4C, SiC et SiBC). La particularité de ces composites est l'oxydation de chaque constituant du matériau en fonction de l'environnement (température, atmosphère sèche ou humide). Le modèle de durée de vie développé offre un compromis entre des temps de calcul réduits, malgré la prise en compte de phénomènes physico-chimiques complexes, et une prévision de la durée de vie suffisamment précise. L'approche retenue est un couplage entre un modèle d'endommagement mécanique et un modèle physico-chimique. Un modèle de durée de vie uniaxial a été proposé afin de justifier les différents couplages nécessaires entre les parties mécanique et physico-chimique mais également pour optimiser les algorithmes de résolution. Ce modèle a permis d'identifier les coefficients pour deux nuances de matériaux. Afin de réaliser des essais de structures, un modèle de durée de vie multiaxial a été proposé et implanté dans le code de calcul ZéBuLoN. Un protocole d'identification a également été proposé dans ce travail même si les essais de caractérisation jusqu'ici réalisés ne sont pas suffisants pour identifier complètement le modèle 3D sur ces matériaux.

L’enjeu actuel pour les industriels de l’aéronautique est de diminuer la consommation en carburant et/ou d’augmenter le rendement des avions. A terme, Safran souhaite remplacer les aubes de turbine, actuellement en superalliage, par des aubes en matériau composite tissé de type SiC/SiBC. Il est alors important de prévoir leurs durées de vie. Ce travail a donc consisté à développer un modèle de durée de vie pour ces composites autocicatrisants. Ces matériaux tissés sont constitués de fibres Nicalon, d’une interphase de pyrocarbone et d’une matrice autocicatrisante multicouche (B4C, SiC et SiBC). La particularité de ces composites est l’oxydation de chaque constituant du matériau en fonction de l’environnement (température, atmosphère sèche ou humide). Le modèle de durée de vie développé offre un compromis entre des temps de calcul réduits, malgré la prise en compte de phénomènes physico-chimiques complexes, et une prévision de la durée de vie suffisamment précise. L’approche retenue est un couplage entre un modèle d'endommagement mécanique et un modèle physico-chimique. Un modèle de durée de vie uniaxial a été proposé afin de justifier les différents couplages nécessaires entre les parties mécanique et physico-chimique mais également pour optimiser les algorithmes de résolution. Ce modèle a permis d’identifier les coefficients pour deux nuances de matériaux. Afin de réaliser des essais de structures, un modèle de durée de vie multiaxial a été proposé et implanté dans le code de calcul ZéBuLoN. Un protocole d’identification a également été proposé dans ce travail même si les essais de caractérisation jusqu’ici réalisés ne sont pas suffisants pour identifier complètement le modèle 3D sur ces matériaux. / The current challenge for the aerospace industry is to decrease the fuel consumption and/or to increase the performance of planes. In the future, Safran Group wishes to replace the turbine blades, currently in superalloy, with woven composite SiC/SiBC material blades. Therefore, it is important to predict their life time. This work involved developing a life time model of these self-healing composites. These woven materials are made up of Nicalon fibers, and an interphase of pyrocarbone and a self-healing matrix (B4C, SIC and SiBC). The particularity of these composites is the oxidation of every constituent of the material depending on the environment (temperature, dry or wet atmosphere). The developed life time model offers a compromise between reduced calculating time, in spite considering complex physico-chemical phenomena, and an accurate enough prediction of the life time. The approach chosen is a coupling between a mechanical damage model and a physico-chemical model. A uniaxial life time model was proposed to explain the different necessary couplings between the mechanical and physico-chemical parts but also to optimize the resolution algorithms. This model enabled to identify the coefficients for two grades of materials. In order to carry out tests of structures, a multiaxial life time model was proposed and implemented in the ZéBuLoN Finite Element code. A protocol of identification was also proposed in this work even if the characterization tests so far realized are not sufficient to identify the 3D-Model for these materials.

Parmi les trois chapitres de cette thèse, le premier est consacré à une étude bibliographique sur la durabilité des assemblages collés. Il décrit notamment les principaux modèles d'endommagement et les méthodes d'optimisation permettant d'identifier les paramètres du modèle. Le second chapitre présente la théorie prévisionnelle retenue ainsi qu'une étude paramétrique pour mieux cerner la signification physique des coefficients du modèle. Le dernier chapitre confronte les simulations théoriques avec différentes campagnes expérimentales. Une approche inverse est d'abord mise en oeuvre pour identifier les paramètres théoriques dans le cas d'assemblages collés sollicités en traction ou en cisaillement. La même approche est ensuite utilisée pour identifier le comportement en fluage d'assemblages soumis à un vieillissement accéléré. Les valeurs des paramètres correspondants aux états initiaux et vieillis sont enfin analysées à la lumière des évolutions microstructurales du joint adhésif.

Lors du cycle de vie d'une structure composite, elle peut être endommagée localement sans pour autant que la détérioration ne soit visible à l'oeil nu. Il faut donc, dans l'étape de conception, apprécier la criticité d'un tel dommage. Néanmoins, les essais nécessaires à l'estimation de cette criticité sont souvent très onéreux, surtout lorsqu'il s'agit de pièces de grandes dimensions. L'emploi de modèles réduits constitue alors une alternative à cette problématique. Cela implique l'utilisation, voire l'élaboration, de méthodes de changement d'échelle permettant d'extrapoler le comportement de la structure réduite à celui de la structure réelle. L'objectif de ce travail de recherche, réalisé en collaboration entre le laboratoire LAMEFIP-ENSAM-ParisTech et Snecma Propulsion Solide-Groupe SAFRAN, est d'établir une méthodologie permettant à l'industriel de s'affranchir d'une lourde étude expérimentale sur structures (capacités bobinées) échelle 1:1. Ainsi, à partir d'une campagne d'essais effectuée sur des structures à des échelles inférieures et de par le modèle établi dans ce travail, il doit être possible de prédire la tenue résiduelle en pression interne d'une structure à l'échelle réelle lorsque celle-ci a subi un dommage par impact. Moins coûteuses que les capacités bobinées - même à échelle réduite -, des éprouvettes courbes ont été utilisées pour l'établissement de cette méthodologie. En premier lieu, une campagne de tolérance aux dommages - création des dommages par impacts, expertises ultrasonore et microscopique des dommages et essais de traction quasi-statiques jusqu'à rupture - a été effectuée sur deux échelles d'éprouvettes en s'appuyant notamment sur les plans d'expériences. Par cette étude, il est possible de mettre en évidence la présence de nombreux effets d'échelles dus notamment à l'épaisseur et à la courbure des éprouvettes. Puis, un modèle d'endommagement progressif du pli et de l'interface a été établi et implémenté dans un code de calcul par éléments finis pour enfin être recalé vis-à-vis des surfaces de réponses déterminées expérimentalement. Ce modèle numérique finalise la méthodologie proposée permettant le passage d'une échelle de structures à une autre. Cette démarche a alors été utilisée dans le cas de capacités bobinées. Les résultats numériques sont en bon accord avec les résultats issus de l'étude expérimentale réalisée sur une échelle de capacités et montrent la nécessité de prendre en compte le caractère endommageable de l'interface pour la prédiction du comportement résiduel de structures courbes pré-impactées.

Le procédé de forgeage à froid permet d'obtenir des pièces de géométrie complexe et présentant une très bonne précision dimensionnelle. La forme finale est obtenue en une ou plusieurs passes, et la matière est soumise à des chargements à la fois multiaxiaux et non monotones accompagnés de forts niveaux de déformation plastique qui peuvent l'amener à s'endommager : rupture de la pièce, fissures en surface ou à cœur, ... Il est alors tout à fait primordial de connaître et mieux comprendre les mécanismes qui peuvent produire ces défauts. Le sujet de thèse concerne donc la modélisation numérique de l'endommagement en forge à froid. Dans un premier temps, le contexte bibliographique concernant les mécanismes d'endommagement et leurs modélisations ont été étudiés. Un modèle d'endommagement, basé sur le modèle de Lemaitre, a alors été implémenté dans le logiciel éléments finis Forge2005®. Dans un deuxième temps, une étude expérimentale concernant la caractérisation de deux nuances en forge à froid a été réalisée. Différents essais de traction ont été menés afin d'étudier notamment l'influence de l'orientation des inclusions sur l'endommagement. Des essais de compression/traction ont également été réalisés dans le but d'examiner l'influence éventuelle de la pré-compression sur la matière. Enfin des essais in-situ (MEB et tomographie X) ont été menés pour analyser l'endommagement au cœur de la matière et mieux en comprendre les mécanismes. Sur la base de ces observations expérimentales, plusieurs améliorations ont été apportées au modèle de Lemaitre afin de le rendre plus adapté aux chargements complexes. Parmi ces améliorations, nous pouvons citer par exemple la prise en compte de l'endommagement en compression, l'introduction d'une limite en triaxialité des contraintes négative, l'introduction d'un nouveau potentiel d'endommagement et la prise en compte de l'orientation des inclusions. Pour finir, des simulations numériques ont été réalisées par le biais du logiciel Forge2005® afin de tester le modèle d'endommagement implémenté. Des cas de validations portant sur des essais mécaniques simples (traction, TELE) ainsi que sur des cas industriels ont alors été simulés et comparés aux résultats expérimentaux.

Dans le cadre de la sécurité routière, les essais de choc ne permettent pas la prédiction des blessures internes, notamment aux organes abdominaux. La simulation numérique apparaît comme un outil prometteur pour évaluer le risque lésionnel d'une configuration d'impact en permettant de décrire les sollicitations relatives aux différents organes. Afin de quantifier le risque de blessure, il est nécessaire de connaître le comportement à rupture des tissus du corps humain. L'objet de cette étude est le foie, dont les blessures sont souvent graves. L'attention s'est portée sur les lacérations surfaciques, qui impliquent le parenchyme et la capsule hépatiques. L'objectif de cette thèse est de caractériser et modéliser le comportement et la rupture de ces deux tissus. L'étude expérimentale s'est progressivement focalisée sur les tissus impliqués dans la lacération surfacique. Un protocole de compression de foie entier pressurisé a mis en évidence le mécanisme d'apparition des lésions, liées à une sollicitation de traction biaxiale. Une série d'essais de traction uniaxiale sur parenchyme et capsule a permis la quantification des propriétés à rupture de ces tissus. Enfin, les essais de gonflement de capsule ont permis la caractérisation indépendante de celle-ci sous une sollicitation plus réaliste. La mesure de champ par corrélation d'images 2D puis 3D a été utilisée dans ces deux derniers protocoles, révélant les phénomènes locaux tels que la localisation de la déformation avant rupture. Le module élastique du parenchyme a été évalué ; un modèle linéaire puis hyperélastique a été identifié pour le comportement de la capsule. Lors de ces campagnes d'essais, les influences de l'origine biologique -porc ou humain - et de la congélation sur les propriétés mécaniques des tissus ont été évaluées par des tests statistiques. Le travail de modélisation s'est porté sur l'endommagement et la rupture d'un tissu fibreux membranaire initialement isotrope. Les fibres sont supposées élastiques linéaires fragiles. L'endommagement est modélisé comme le résultat de la rupture des fibres à l'échelle microscopique. Deux méthodes d'homogénéisation issues de la littérature sont utilisées et comparées. Le modèle obtenu permet de décrire l'endommagement par deux variables scalaires macroscopiques. Plusieurs phénomènes observés expérimentalement - dépliement progressif des fibres, fibres endommageables, propriétés variables d'une fibre à l'autre - constituent des extensions au modèle. Construit dans un cadre très général, ce modèle est identifié sur les essais de gonflement de la capsule hépatique. La simulation des essais est réalisée en appliquant les conditions aux limites expérimentales ; le module élastique et la déformation à rupture des fibres sont identifiés par un algorithme d'optimisation. Les modèles et propriétés mécaniques à rupture ainsi définis peuvent être inclus dans un modèle de foie entier en vue de la simulation d'un choc.

Dans le cadre de la sécurité routière, les essais de choc ne permettent pas la prédiction des blessures internes, notamment aux organes abdominaux. La simulation numérique apparaît comme un outil prometteur pour évaluer le risque lésionnel d'une configuration d'impact en permettant de décrire les sollicitations relatives aux différents organes. Afin de quantifier le risque de blessure, il est nécessaire de connaître le comportement à rupture des tissus du corps humain. L'objet de cette étude est le foie, dont les blessures sont souvent graves. L'attention s'est portée sur les lacérations surfaciques, qui impliquent le parenchyme et la capsule hépatiques. L'objectif de cette thèse est de caractériser et modéliser le comportement et la rupture de ces deux tissus. L'étude expérimentale s'est progressivement focalisée sur les tissus impliqués dans la lacération surfacique. Un protocole de compression de foie entier pressurisé a mis en évidence le mécanisme d'apparition des lésions, liées à une sollicitation de traction biaxiale. Une série d'essais de traction uniaxiale sur parenchyme et capsule a permis la quantification des propriétés à rupture de ces tissus. Enfin, les essais de gonflement de capsule ont permis la caractérisation indépendante de celle-ci sous une sollicitation plus réaliste. La mesure de champ par corrélation d'images 2D puis 3D a été utilisée dans ces deux derniers protocoles, révélant les phénomènes locaux tels que la localisation de la déformation avant rupture. Le module élastique du parenchyme a été évalué ; un modèle linéaire puis hyperélastique a été identifié pour le comportement de la capsule. Lors de ces campagnes d'essais, les influences de l'origine biologique -porc ou humain - et de la congélation sur les propriétés mécaniques des tissus ont été évaluées par des tests statistiques. Le travail de modélisation s'est porté sur l'endommagement et la rupture d'un tissu fibreux membranaire initialement isotrope. Les fibres sont supposées élastiques linéaires fragiles. L'endommagement est modélisé comme le résultat de la rupture des fibres à l'échelle microscopique. Deux méthodes d'homogénéisation issues de la littérature sont utilisées et comparées. Le modèle obtenu permet de décrire l'endommagement par deux variables scalaires macroscopiques. Plusieurs phénomènes observés expérimentalement - dépliement progressif des fibres, fibres endommageables, propriétés variables d'une fibre à l'autre - constituent des extensions au modèle. Construit dans un cadre très général, ce modèle est identifié sur les essais de gonflement de la capsule hépatique. La simulation des essais est réalisée en appliquant les conditions aux limites expérimentales ; le module élastique et la déformation à rupture des fibres sont identifiés par un algorithme d'optimisation. Les modèles et propriétés mécaniques à rupture ainsi définis peuvent être inclus dans un modèle de foie entier en vue de la simulation d'un choc. / In the field of road safety, internal injuries including abdominal injuries cannot be predicted through crash-tests using dummies. Numerical simulation is a promising tool to evaluate the risk of injury of a given impact configuration by descripting the loadings on the organs. Quantifying the risk of failure requires knowledge about the mechanical behaviour and the failure properties of the tissues of the human body. As the liver injuries account for a large amount of the serious injuries, the present study is focused on this organ and more specifically on the surface laceration. The aim of this study is to characterize and model the failure behaviour of the two tissues involved in the surface laceration : the parenchyma and the hepatic capsule. The experimental study includes three protocols which range from the organ scale to the tissue scale. Compression tests on whole perfused porcine and human livers enhanced the failure mechanism of the liver surface ; surface laceration seems to be caused by multiaxial tension. Uniaxial tensile tests on parenchyma and capsule samples from human and porcine livers allowed the determination of the failure properties of these two tissues. Independent characterization of the human liver capsule was conducted through inflation tests, which correspond to a more realistic loading than uniaxial tension. Full-strain fields were computed by digital image correlation and stereocorrelation on the second and third protocols ; local phenomena such as the localization of the strain field before failure or material heterogeneities were observed. The linear modulus of the parenchyma was determined. The capsule behaviour was modeled as linear first, then as hyperelastic. Statistical tests based on the results of the uniaxial tests assessed the influence of the biological origin of the tissues - porcine or human - and the preservation method - keeping fresh of freezing. The modeling part of this study is focused on the damage and rupture of an isotropic fibrous membrane. The fibers are linear elastic and brittle. The failure of the fibers at the microscopic scale creates macroscopic damage in the tissue which can be described by two scalars. The homogenization of the behaviour is conducted through two methods available in the literature ; they can therefore be compared. Several phenomena observed on biological fibrous tissues - damageable fibers, crimped fibers, random mechanical properties of the fibers - have been included in the model. This damage model is finally identified on the inflation tests of the capsule which are simulated using the experimental boundary conditions catched by stereocorrelation. The elastic modulus as well as the ultimate strain of the fibers are determined by an optimization algorithm. The material and failure properties as well as the damage model determined in this study can be included in a liver model to simulate a crash. The occurence of surface laceration could then be predicted.

Une nouvelle approche appelée “Approche Pseudo Inverse” (API) est développée pour la modélisation du procédé de forgeage à froid des pièces axisymétriques. L'API est basée sur la connaissance de la forme de la pièce finale. Certaines configurations intermédiaires « réalistes » ont été introduites dans l'API pour considérer le chemin de déformations. Elles sont créées géométriquement sans traitement de contact et ensuite corrigées par la méthode de surface libre afin de respecter l'équilibre, les conditions aux limites et la condition d'incompressibilité. Un nouvel algorithme direct de plasticité est développé, conduisant à une méthode d'intégration plastique très rapide, précise et robuste même dans le cas de très grands incréments de déformations. Un modèle d'endommagement en déformation, est couplé à la plasticité et implémenté dans l'API. Les validations numériques montrent que l'API donne des résultats très proches des résultats de l'approche incrémentale mais en utilisant beaucoup moins de temps de calcul.L'API est adoptée comme solveur du forgeage pour la conception et l'optimisation des préformes du forgeage multi-passes. La rapidité et la robustesse de l'API rendent la procédure d'optimisation très performante. Une nouvelle technique est développée pour générer automatiquement le contour initial d'un outil de préforme pour la procédure d'optimisation. Les variables de conception sont les positions verticales des points de contrôle des courbes B-spline définissant les formes des outils de préforme. Notre optimisation multi-objectif consiste à minimiser la variation de la déformation plastique équivalente dans la pièce finale et la force du poinçon au cours du forgeage. Un algorithme génétique et un algorithme de recuit simulé sont utilisés pour trouver les points d'optimum de Pareto. Pour réduire le nombre de simulations de forgeage, un méta-modèle de substitution basé sur la méthode de krigeage est adopté pour établir une surface de réponse approximative. Les résultats obtenus par l'API en utilisant les outils de préforme optimaux issues de l'optimisation sont comparés à ceux obtenus par les approches incrémentales classiques pour montrer l'efficacité et les limites de l'API. La procédure d'optimisation combinée avec l'API peut être un outil numérique rapide et performant pour la conception et l'optimisation des outillages de préforme. / A new method called “Pseudo Inverse Approach” (PIA) is developed for the axi-symmetrical cold forging modelling. The PIA is based on the knowledge of the final part shape. Some « realistic » intermediate configurations are introduced in the PIA to consider the deformation path. They are created geometrically without contact treatment, and then corrected by using a free surface method in order to satisfy the equilibrium, the boundary conditions and the metal incompressibility. A new direct algorithm of plasticity is proposed, leading to a very fast, accurate and robust plastic integration method even in the case of very large strain increments. An isotropic damage model in deformation is coupled with the plasticity and implemented in the PIA. Numerical tests have shown that the Pseudo Inverse Approach gives very close results to those obtained by the incremental approach, but using much less calculation time.The PIA is adopted as forging solver for the design and optimization of preform tools in the multi-stage forging process. The rapidity and robustness of the PIA make the optimization procedure very powerful. A new method is developed to automatically generate the initial preform tool shape for the optimization procedure. The design variables are the vertical positions of the control points of B-spline curves describing the preform tool shape. Our multi-objective optimization is to minimize the equivalent plastic strain in the final part and the punch force during the forging process. The Genetic algorithm and Simulated Annealing algorithm are used to find optimal Pareto points. To reduce the number of forging simulations, a surrogate meta-model based on the kriging method is adopted to build an approximate response surface. The results obtained by the PIA using the optimal preform tools issued from the optimization procedure are compared to those obtained by using the classical incremental approaches to show the effectiveness and limitations of the PIA. The optimization procedure combined with the PIA can be a rapid and powerful tool for the design and optimization of the preform tools.

Les standards consacrés à la conception des oléoducs se concentrent principalement sur les chargements opérationnels, tels que les pressions internes et externes, et les procédures d'analyse de défauts actuelles n'exploitent pas les capacités d'écrouissage du matériau. Pourtant, dans des conditions extrêmes, les oléoducs peuvent être soumis à des contraintes au-delà de la limite d'élasticité jusqu'à atteindre 2.5% de déformations plastiques. Ici, les procédures proposées par ExxonMobil et PRCI basées sur des critères en déformation sont présentées, et l'utilisation de l'éprouvette SENT (Single Edge Notched Tension) pour caractériser la ténacité est étudiée, en comparant les différentes procédures d'essais recommandées. Puis, une importante campagne expérimentale a été réalisée pour caractériser deux aciers pour oléoducs à température ambiante et à basses températures. Les comportements mécaniques des matériaux de base et d'apport ont été identifiés grâce à l'utilisation de l'analyse inverse, et il est montré que le modèle d'endommagement GTN permet de modéliser finement les essais sur éprouvettes de laboratoire. Enfin, deux essais sur structures (pression et flexion, puis pression et traction) ont été réalisés de manière à comparer les approches globales et le modèle d'endommagement GTN. Ce dernier démontre une bonne transférabilité de l'éprouvette vers la structure. / Pipeline design codes and standards traditionally focus on the operational loadings such as internal and external pressures that are likely to exist over the entire lifetime of the pipeline. Existing Engineering Critical Assessments are mostly based on stress considerations, where the design margin is given as a percentage of the yield strength. In extrem environments, pipelines may experience stresses beyond the yield and plastic deformations up to 2.5 %. In such conditions, strain-based design procedures apply. In this work, a literature review of the existing strain based methods is proposed, including ExxonMobil and PRCI multi-tier approaches. The use of the Single Edge Notched Tension (SENT) specimen to measure the material toughness is then studied, benchmarking the recommended testing procedures from literature. A comprehensive experimental campaign was carried out to fully characterize two actual line pipes at room and low temperatures. The mechanical behavior of parent and weld materials are identified using an inverse analysis, and GTN damage model is shown to allow accurate modeling of the laboratory testings. Finally, two full scale tests (pressure + bending or pressure + tension) were carried out to benchmark the global approaches and GTN damage model. The latter showed a very good transferability from specimens to the structure.