La maçonnerie est une technique de construction très ancienne qui est toujours d'utilisation très répandue sous toutes les latitudes. Elle fait appel à deux éléments essentiels : des blocs et des joints, qui peuvent être éventuellement remplis de mortier. Le matériau obtenu peut être considéré comme continu ou discontinu, selon les propriétés relatives des blocs et des joints. Les blocs sont souvent en pierre, en brique crue ou cuite. Les mortiers sont généralement à base de chaux, de ciment ou d'un mélange de ces deux composants. Depuis l'apparition du béton au XIX° siècle, les calculs se sont concentrés sur des approches continues, et les techniques de conception des maçonneries ont peu bénéficié des avancées scientifiques, et du développement d'outils de calcul largement utilisés dans les bureaux d'études. Corrélativement à cette évolution, la maçonnerie a perdu des parts de marché de la construction, et les méthodes et moyens mis en œuvre pour la conception d'ouvrages en maçonnerie n'ont pas été suffisamment modernisés. Dans ce contexte, le présent travail a pour ambition de contribuer au calcul de structures maçonnées, considérées comme des structures discontinues, avec l'objectif de servir au monde de l'entreprise et de l'architecture.L'échelle d'étude de la structure ou du matériau : comportement général de l'ensemble bâti, comportement d'un panneau de maçonnerie, comportement de l'interface mortier - bloc, ou des contacts blocs-blocs dans le cas de maçonnerie à joints vifs, conduit à l'utilisation de divers cadres théoriques, et méthodes analytiques ou numériques correspondantes. Après une analyse des avantages et inconvénients de diverses méthodes disponibles, numériques ou graphiques, dans le domaine de la mécanique et de l'architecture (stéréotomie), nous présentons en détail la méthode Non Smooth Contact Dynamics. Cette méthode, initiée à la fin du XX° siècle, par Jean-Jacques MOREAU et Michel JEAN, décrit de façon théorique, les conditions de mise en place des efforts de contact entre corps solides, déformables ou rigides, en 2D et 3D, en présence de chocs, et en présence de grands déplacements, ou rotations. Les conditions de non interpénétration entre corps sont régies par un formalisme spécialement développé dans le cadre de l'analyse convexe. Nous avons retenu ce cadre théorique, et utilisé une chaine logicielle développée sur ses bases, pour modéliser des structures réalistes, c'est-à-dire tridimensionnelles, soumises à des chargements dynamiques, et qui sont modernes, dans la mesure où elles intègrent une géométrie complexe, performante (économie de matière et esthétique) et la mise en œuvre d'une précontrainte, avec prise en compte de son phasage.L'exemple de la structure de l'escalier de Ridolfi est utilisé comme support à l'examen de divers paramètres d'optimisation du calcul réalisé avec la plateforme ouverte LMGC90, permettant à l'utilisateur de maîtriser en détail les diverses phases du calcul non-linéaire conduit. Les paramètres du calcul dont nous avons testé l'influence sont : le pas de temps, le critère de convergence, le nombre d'itérations gérées par l'algorithme de Gauss-Seidel, le critère de rétrécissement, le coefficient de frottement entre blocs, et l'intensité de la précontrainte mise en place par post tension dans les câbles. L'expérimentation conduite sur un modèle physique en vraie grandeur, est reconstituée, dans ses différentes phases, sur maquette numérique, et la pertinence des résultats obtenus par simulation est discutée.Les travaux ont été réalisés au Laboratoire de Mécanique et Génie Civil de l'Université Montpellier II et du CNRS, et au Laboratoire de Génie de l'Environnement Industriel de l'Ecole des Mines d'Alès. Leur financement a été assuré par le Ministère de l'Education et de la Formation du Vietnam, ainsi que par ARMINES. / Although it is an old construction technique, masonry is still world wide spread nowadays. It uses two main components: blocks and joints, which can be filled with mortar. The resulting material can be considered as continuous or discontinuous, according to the relative performances of the blocks and joints. The blocks are often made of stone, raw earth or brick. The mortars generally incorporate lime or cement or a mixture of those components. Since the discovery of modern concrete during the XIXth century, calculations have been performed in the framework of continuous methods, and the masonry design technics have not fully benefited from the scientific breakthrough, nor from the development of calculation tools used in design offices. Following this evolution, masonry lost some ground in the construction field, and methods and means used for the design of buildings have not been improved enough. In this context, the present work aims at contributing to the calculation of masonry structures, considered as discontinuous structures, with the ultimate goal to be of some use in the field of industry and architecture.The structure or material study scale: general behavior of the building, behavior of a masonry panel, or behavior of the bonding between the blocks and the mortar, or the block-block contacts for dry friction masonry, leads to the use of several theoretical frameworks, and associated analytical or numerical methods. After an analysis of the pros and cons of the different available methods, in the fields of mechanics and architecture (stereotomy), we will present in detail the Non Smooth Contact Dynamics method. This method, initiated at the end of the XXth century, by Jean-Jacques MOREAU et Michel JEAN, describes theoretically, the conditions of the development of contact forces between solids, whether able to support strains or rigid, in 2D or 3D, under the effects of shocks, large displacements or rotations. The conditions of no overlapping between the bodies are described by equations developed using the convex analysis concepts. We chose this theoretical framework, and used the software platform developed on these concepts, for modeling realistic structures that are modern, because they allow to take into account 3D structures with complex and efficient geometries (aesthetic point of view, economy of material), subjected to dynamical loads, and including the sequential set-up of pre-stressing technics.The example of the Ridolfi stair case is used as a support for the examination of several optimization parameters for the calculation performed on the LMGC90 open software, allowing the modeler to supervise in detail several steps of the performed non-linear calculations. The calculation parameters of which we have tested the influence are: the time step, convergence criterion, the iteration number considered in the Gauss-Siedel algorithm, the shrinkage criterion, the friction coefficient between blocks, and the pre-stressing strain applied in the post tension cables. The experiment carried out on a real size physical model is numerically simulated, and the consistency of the computed results is discussed.The work was carried out in the Mechanics and Civil Engineering Laboratory of the University of Montpellier II and the CNRS (French National Scientific Research Agency), and the Laboratory of Industrial Environment Engineering of Alès School of Mines. The funding was provided by the Ministry of Education and Training of Vietnam, and ARMINES.

Les Méthodes par Eléments Discrets apparaissent comme les méthodes les plus appropriées pour modéliser le caractère divisé. De nombreux travaux ont permis de mieux comprendre leurs comportements, mais dans certain cas se pose la question de l'impact du choix de la description volumique ou des lois d'interaction sur le comportement global du milieu. Dans ce contexte, en se basant sur l'approche "Non Smooth Contact Dynamic" permettant naturellement de mixer les différentes formulations, nous nous proposons de comprendre et d'analyser l'influence de cette description. Pour cela, nous utilisons deux applications différentes liées aux comportement quasi-statique (QS) des milieux granulaires et comportement dynamique des interfaces tribologiques. Au niveau de l'étude QS est faite en utilisant des essais de compression biaxiale et de cisaillement. Contrairement aux approches classiques, des particules déformables sont utilisées ici. Les résultats obtenus sont comparés en utilisant des outils de mesure tels que la relation contrainte-déformation, la compacité... Les résultats montrent qu'il n'est pas possible à partir d'une description rigide de converger vers des modèles déformables et souligne l'importance d'effectuer une analyse complète en tenant compte de la déformation des particules. Au niveau de la modélisation d'une interface tribologique s'intéresse à l'influence des conditions limites, des descriptions des premiers corps et du troisième corps sur la rhéologie de l'interface. Dans chaque simulation, frottement macroscopique, profils de vitesse et de contrainte sont observés. Les différents modèles utilisés ont peu d'influence sur la valeur du frottement mais plus d'influence sur les profils de vitesse au travers de l'épaisseur de troisième corps. Ceci souligne l'importante du choix du modèle lors de l'étude de la rhéologie de l'interface et montre qu'il est difficile d'obtenir des résultats génériques et ceci aussi bien en modèles bi que tridimensionnel. / The Discrete Element Methods are the most appropriate methods to model the divided feature of some media such as granular ones, masonries or contact interfaces... Many studies have provided a better understanding of their behavior, but in some cases the impact of both volume description (rigid or deformable) and interaction laws (elastic or plastic) is not negligible on the global behavior. The approach used here is based on the "Non Smooth Contact Dynamic" framework which mixes naturally the rigid and deformable formulations. One propose to analyze the influence of this description. For this purpose, two different applications are used, related to the quasi-static behavior of granular media and to the modelization of the tribological interface under dynamic solicitations.The study of quasi-static behavior of granular media is developed though biaxial compression test and shear test. Contrary to classical approaches, deformable particles are used. The results are compared using tools such as the stress-strain macroscopic relation, the compacity... They show that it is not possible to converge to deformable particle with a rigid description and underline the importance to performance full analyze with deformable description.The modeling of a tribological interface under dynamic solicitation focuses on the influence of boundary conditions, models of the first bodies and the third body on the rheology of the interface. In each simulation, the macroscopic friction, the velocity profile and stress profile are observed. The different models used have not a large influence on the friction value but a large influence on the velocity profiles. This underline the importance of the choice of the model when investigation are performed on the rheology of the third body.

Cette thèse traite de la modélisation du frittage à l’échelle du Volume Élémentaire Représentatif de la pastille de matériau. L’objectif est de développer des outils numériquesde compréhension des phénomènes physiques mis en jeu lors du frittage. Le domaine d’application ciblé est la fabrication du combustible nucléaire. Une approche multi-Échelle a été mise en oeuvre. Dans un premier temps une modélisation à l’échelle d’un empilement, basée sur la méthode des Éléments Discrets, a été adoptée. Différentes études utilisant cette approche ont été proposées dans la littérature ces dernières années. Tous ces travaux utilisent une méthode discrète explicite. Si certains résultats ont pu être validés expérimentalement,une des limites vient de l’utilisation des méthodes explicites dontle pas de temps critique est très petit. Afin d’augmenter le pas de temps, la masse des particules y est augmentée artificiellement de plusieurs ordres de grandeur. Or,il a été démontré que cette pratique conduit, dans certains cas, à une diminution du réarrangement des particules au sein de l’empilement. Dans cette thèse, une méthode Éléments Discrets implicite appelée Dynamique des Contacts a été adaptée au frittage. Elle permet l’utilisation d’un pas de temps très supérieur à celui des méthodes discrètes explicites et ne nécessite pas d’augmenter artificiellement la massedes particules. La comparaison entre la Dynamique des Contacts et la Méthode des Éléments Discrets explicite montre que notre approche conduit à une représentation plus fidèle du réarrangement. Une validation expérimentale par Microtomographie X ainsi qu’une étude paramétrique sur le frittage des poudres bidispersés sont également présentées pour montrer les possibilités de l’approche discrète appliquée au frittage.La seconde partie est consacrée à une modélisation à l’échelle de deux particules parla méthode des Éléments Finis. Ce modèle repose sur une approche mécanique et vise à représenter de façon plus précise le comportement de deux particules en contact. Les diffusions au joint de grains, en surface et en volume peuvent être représentées. Pour le moment, seules les diffusions en surface et au joint de grains ont été étudiées. Si certaines optimisations restent nécessaires pour que le code soit fonctionnel, plusieurs aspects apparaissent déjà déterminants, comme la courbure de la surface à proximité du joint de grains. A l’avenir, le modèle Dynamique des Contacts du frittage pourra être complété etamélioré grâce aux éléments apportés par le modèle mécanique à l’échelle du grain. / This thesis deals with the simulation of the sintering of nuclear fuel on a pellet scale. The goal is to develop numerical tools which can contribute to a better understandingof the physical phenomena involved in the sintering process. Hence, a multi scale approach is proposed. First of all, a Discrete Element model is introduced. It aims at modeling the motion of particles on a Representative Elementary Volume scale using an original Discrete Element Method. The latter is a Non Smooth Method called Contact Dynamics. Recently, there have been numerous papers about the simulation of sintering using Discrete Element Method. As far as we know, all these papers use smooth methods. Different studies show that the results match well experimental data. However, some limits come from the fact that smooth methods use an explicit scheme which needsvery small time steps. In order to obtain an acceptable time step, the mass of particles have to be dramatically increased. The Non Smooth Contact Dynamics uses an implicit scheme, thus time steps can be much larger without scaling up the mass of particles. The comparison between smooth and non smooth approaches shows thatour method leads to a more realistic representation of rearrangement. An experimental validation using synchrotron X-Ray microtomography is then presented, followedby a parametric study on the sintering of bimodal powders that aims at showing the capacity of this model.The second part presents a mechanical model on the sub-Granular scale, using a Finite Element method. This targets a better understanding of the behavior of twograins in contact. The model is currently being developped but the first results already show that some parameters like the shape of the surface of the neck are very sensitive.In the future, the Non smooth Contact Dynamics model of sintering may be improvedusing the results obtained by the sub-Granular scale mechanical model.

La dégradation géométrique de la voie ballastée sous circulation commerciale nécessite des opérations de maintenance fréquentes et onéreuses. La caractérisation du comportement des procédés de maintenance comme le bourrage, la stabilisation dynamique, est nécessaire pour proposer des améliorations en terme de méthode, paramétrage pour augmenter la pérennité des travaux. La simulation numérique d'une portion de voie soumise à un bourrage ou une stabilisation dynamique permet de comprendre les phénomènes physiques mis en jeu dans le ballast. Toutefois, la complexité numérique de ce problème concernant l'étude de systèmes à très grand nombre de grains et en temps de sollicitation long, demande donc une attention particulière pour une résolution à moindre coût. L'objectif de cette thèse est de développer un outil de calcul numérique performant qui permet de réaliser des calculs dédiés à ce grand problème granulaire moins consommateur en temps. La méthodologie utilisée ici se base sur l'approche Non Smooth Contact Dynamics (NSCD) avec une discrétisation par Éléments Discrets (DEM). Dans ce cadre, une méthode de décomposition de domaine (DDM) alliée à une parallélisation adaptée en environnement à mémoire partagée utilisant OpenMP sont appliquées pour améliorer l'efficacité de la simulation numérique.