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.

La réalisation de revêtements métalliques en surface de matériaux composites à matrice organique est possible par le procédé cold spray. La construction de tels revêtements à partir de particules de cuivre sur un substrat contenant des fibres de carbone n'a pu aboutir que grâce à l'ajout d'une poudre polymère. Malgré son rôle dans la construction des dépôts, le polymère présente le désavantage d'être un très bon isolant électrique ayant, de ce fait, une influence très néfaste sur la conductivité des dépôts cold spray. Ces travaux ont donc été concentrés sur l'étude de l'influence de la microstructure de ces dépôts sur leur conductivité électrique. Plusieurs poudres de cuivre ont été mélangées dans diverses proportions avec du PEEK, un polymère thermoplastique. La projection cold spray de ces mélanges a abouti à la formation de dépôts homogènes sur les substrats composites. L'influence des caractéristiques des poudres et des paramètres de projection sur les caractéristiques des dépôts a été étudiée. De même, la déformation du PEEK lors de la projection a été analysée car elle joue un rôle important dans la construction du dépôt. L'étude des propriétés mécaniques du PEEK et des conditions de projection ont permis de simuler sa déformation. Dans la microstructure du dépôt, la présence du PEEK limite les contacts entre les particules de cuivre, abaissant fortement la conductivité électrique des dépôts. Un modèle morphologique de la microstructure a été développé afin d'étudier l'influence de la morphologie de la phase de cuivre sur la conductivité des dépôts. Ce modèle a permis de simuler des microstructures présentant diverses morphologies en 3 dimensions. Il ouvre ainsi la possibilité d'étudier numériquement l'influence de la morphologie de la microstructure des dépôts sur leur conductivité électrique. La conductivité a été mesurées expérimentalement sur des échantillons de dépôt. Un mélange de poudre et des paramètres optimaux ont alors pu être identifiés pour obtenir un dépôt cold spray sur un substrat composite à matrice organique avec une conductivité satisfaisante mais encore inférieure à celle du cuivre massif. / The Cold Spray process allows to manufacture metallic coatings onto Carbon Fiber-Reinforced Composite (CFRP). This process relies on the spraying of high-velocity powder particles to result in high deformation and build up to form a dense coating. However, forming a coating made of copper particles onto a substrate containing carbon fibers was achieved out only by mixing metallic powder with a polymer powder. Although the polymer allow to build up the coating onto CFRP, it is highly electrically insulating. It would therefore decrease the electrical conductivity of the coating drastically. Investigations were carried out on the influence of the coatings microstructure on electrical conductivity. Various copper powders, with different morphologies, granulometry and oxygen contents were mixed with PEEK powder, i.e. a thermoplastic polymer. Cold spray of these powders leads to homogeneous coatings onto CFRP. The characteristics of these coatings were studied as a function of the influence of powder characteristics and spraying parameters. The deformation of the PEEK was also investigated as it governed the build up of the coating. Mechanical testing of PEEK samples and in-situ spraying measurements were performed to feed impact simulations. Then, simulated and experimental impact morphologies of copper particles onto PEEK were compared. The PEEK behavior under impact also prevented sound contacts between copper particles, which decreased the coatings electrical conductivity significantly. A morphological model of the microstructure of the coating was developed to reproduce microstructures in 3D numerically. It allows to investigate numerically the influence of the copper phase morphology on coating conductivity. This conductivity was measured experimentally for various starting copper powders. A carefully selected blend of copper and PEEK powders and optimized spraying parameters lead to homogeneous coatings onto CFRP with an acceptable electrical conductivity but still below bulk copper conductivity.