Le but de cette étude est d'étudier l'évolution de la microstructure et des propriétés de transfert des géomatériaux sous chargement dynamique rapide. Le chargement dynamique est généré par des ondes de chocs dues à la décharge électrohydraulique d'un arc (PAED) sous l'eau. L'évolution de la fissuration et de l'endommagement est illustrée par celle de sa microstructure et de la perméabilité intrinsèque du matériau. La perméabilité augmente avec le niveau du pic de pression et le nombre de chocs. Une bonne corrélation est observée entre les propriétés du mortier, de la perméabilité, de la porosité et les clichés issus de la microtomographie. Après avoir exposé les résultats d'une campagne expérimentale, des développements sur le modèle d'endommagement anisotrope de R. Desmorat ainsi qu'un couplage avec la perméabilité sont proposés, finalement l'ensemble du processus est simulé numériquement à l'aide des codes Europlexus et Cast3M.

L'évaluation du comportement de structures de béton armé est une problématique cruciale dans le domaine du génie civil : l'objectif de cette thèse est la mise en place d'un modèle mécanique capable de décrire l'évolution des paramètres physiques qui régissent l'évolution de la perméabilité de ce matériau. Le béton (initialement micro-fissuré) est modélisé comme un milieu fia microstructure : la cinématique du corps est enrichie par une variable caractéristique de la taille et de l'orientation du champ de fissure. La théorie des forces configurationnelles est utilisée afin de tenir compte des évolutions irréversibles des micro-défauts. Ces deux approches nous permettent de déterminer les équations d'équilibre régissant la déformation du milieu ainsi que la propagation des fissures. Les paramétres utilisés pour décrire la microstructure ont été choisis de faficon fia schématiser le milieu poreux : la résolution des équations de Stokes sur le volume élémentaire représentatif (microstructure) permettra d'évaluer la perméabilité intrinsèque en tout point du corps. Un exemple a été détaillé : on détermine le comportement d'un solide en traction tout en considérant des conditions d'étude simplifiées (champ de fissures homogène, isostaticité, application de la mécanique linéaire de la rupture). Déformation, propagation des fissures et perte de rigidité sont déterminées en fonction du chargement. On présente par ailleurs l'évolution de la perméabilité du milieu : une fois amorcée, la propagation du champ de fissure devient la cause principale de la perte d'étanchéité.

L'étanchéité des bois des chênes sessile et pédonculé dans la direction longitudinale dépend de la quantité et de la qualité de la thyllose. Depuis quelques années, un taux de fuite anormalement élevé dans les barriques fabriquées a été noté. Une étude expérimentale a été menée sur deux tonneaux non étanches et les fuites observées ont donné lieu à une exploration fine des voies de passage du liquide coloré à l'intérieur des douelles défectueuses. Nous avons pu mettre en relation une thyllose faible ou absente avec une migration de liquide qui peut s'effectuer sur toute la longueur d'une douelle. Par ailleurs, une production spéciale de merrains a été réalisée afin de comprendre l'influence de la hauteur dans l'arbre, de l'âge cambial, de l'arrosage et des différents paramètres de maturation des merrains (temps, position dans la palette) sur la perméabilité et la thyllose. Il a été nécessaire de mettre au point une méthode pour évaluer quantitativement la thyllose. Deux méthodes sont utilisées : La première repose sur l'observation anatomique et la propriété des vaisseaux non obstrués ou partiellement obstrués par des thylles de laisser filtrer la lumière. La seconde consiste à réaliser des mesures de la perméabilité à l'air sur des éprouvettes cylindriques taillées dans la direction longitudinale. L'infradensité des échantillons a été également mesuré. Les observations en Microscopie Électronique à Balayage ont permis d'étudier la structure fine des thylles et de déceler la présence de spores et d'hyphes mycéliens. Les résultats sont analysés avec un logiciel de traitement statistique des données. Nous avons pu déterminer l'effet néfaste des développements microbiologiques, en particulier des champignons, sur la perméabilité longitudinale et la quantité de la thyllose du bois en cas de maturation trop longue / The tightness of wood sessile and pedunculate oaks in the longitudinal direction depends on the quantity and quality of tylosis. In recent years, an unusually high rate of leak in barrels made was noted. An experimental study was conducted on two barrels leaking and leakage observed resulted in a fine exploration of the pathways of the colored liquid inside the defective staves. We were able to connect a low tylosis with migration of liquid that can be done along the length of a stave. In addition, a special production of staves was conducted to understand the influence of the height in the tree, the cambial age, watering and curing parameters of staves (time, position in the stack) on the permeability and thyllose. It was necessary to develop a method to quantify the tylosis. Two methods are used: The first observation is based on anatomical and ownership of vessels not blocked or partially blocked by tylosis to let light through. The second is to take measurements of air permeability on cylindrical cut in the longitudinal direction. Infradensity of the samples were also measured. The observations in Scanning Electron Microscopy were used to examine the fine structure of tylosis and the presence of spores and mycelial hyphae. The results are analyzed with a software statistical processing of data. We were able to determine the adverse effect of microbiological growth, especially fungi, the longitudinal permeability and the amount of tylosis timber if too long maturation

Les objectifs de la thèse sont d'étudier le transport de fluide et le transfert de chaleur dans les pores micro et nanométriques. Les expériences et les simulations ont révélé des preuves de l'augmentation du flux provoquée par la vitesse de glissement à la paroi solide. D'autre part, la résistance thermique finie à l'interface fluide-solide est responsable de la différence de température des deux phases. Ces deux phénomènes d'interface peuvent avoir un impact considérable sur la perméabilité et la diffusivité thermique des milieux poreux constitués de micro et nanopores. La contribution se concentre sur l'étude des trois problèmes suivants. Premièrement, nous examinons les effets de glissement des liquides confinés dans un canal de graphème en utilisant le formalisme de Green Kubo et la méthode de la dynamique moléculaire. On montre que lorsque la surface solide est soumise à une contrainte mécanique uniaxiale, la friction présente une anisotropie due à la modification de l'énergie potentielle et de la dynamique des molécules composant le fluide. Les formes moléculaires jouent également un rôle important sur les écarts de frottement entre les deux directions principales. Deuxièmement, nous étudions le régime des gaz raréfiés. Dans ce cas, la vitesse de glissement et le saut de température sont régis par les collisions entre les atomes de gaz et la paroi solide. Ces effets peuvent être déterminés à l’aide d’un modèle statistique qui peut être construit à partir des vitesses incidente et réfléchie des molécules de gaz. A cette fin, différentes méthodes basées sur des techniques d'apprentissage statistique ont été proposées. Enfin, la méthode des éléments finis est utilisée pour calculer la perméabilité et la diffusivité thermique des milieux poreux sous l'influence des effets d'interface / The objectives of the thesis are to study the fluid transport and heat transfer in micro and nano-scale pores. Both experiments and simulations revealed evidence of an enhancement of flow-rate, originated from slip velocity at the solid boundary. On the other hand, the finite thermal resistance at the fluid-solid interface is responsible for the temperature difference between the two phases. These two interface phenomena can have a considerable impact on the permeability and thermal diffusivity of porous media constituted of micro and nano-pores. This contribution focuses on studying the following three issues. First, we examine the slip effects of liquids confined in graphene channel using Green Kubo formalism and Molecular Dynamics method. It is shown that when the solid surface is subject to mechanical uniaxial strain, the friction exhibits anisotropy due to the modification of the potential energy and the dynamics of the fluid molecules. The molecular shapes also play an important factor on the friction discrepancies between two principal directions. The quantification of both effects is addressed. Second, we investigate the rarefied gas regime. In this case, the velocity slip and temperature jump are governed by the collisions between the gas and the solid boundary. Those effects can be determined via the study of scattering kernel and its construction from MD simulation data. To this end, different methods based on statistical learning techniques have been proposed including the nonparametric (NP) kernel and Gaussian mixture (GM) kernel. Finally, the finite element method is used to compute the permeability and the thermal diffusivity of porous media under the influence of the interface effects

Ce mémoire de thèse a été consacrée à étudier expérimentalement la perméabilité relative au gaz et à l’eau des matériaux cimentaires partiellement saturés, et à simuler numériquement le transfert d’eau dans le béton. La perméabilité relative d’un mortier de référence et d’un béton utilisé dans un centre de stockage de déchets radioactifs a été mesurée. Une méthode de mesurer la perméabilité relative à l’eau de deux bétons CEM I et CEM V, qui seront utilisés dans un stockage profond, a été proposée. Mais les quantités d’eau mis en jeu n’ont pas permis d’exploiter cette approche. Ceci indique la prépondérance de la capillarité sur la perméation lors du processus de saturation du matériau. On a ensuite mesuré la sorption capillaire de deux bétons CEM I et CEM V. A la même saturation en eau, la perméabilité relative au gaz de l’échantillon pré-traité par l’imbibition capillaire est moins grande que celle de l’échantillon pré-traité par adsorption sous humidité relative. Un double-modèle de rétention a été proposé qui peut bien modéliser l’isotherme de sorption des bétons CEM I et CEM V. La perméabilité relative au gaz et à l’eau est déduite. L’hystérésis de l’isotherme de sorption entraîne l’hystérésis de la perméabilité relative à l’eau tandis que la perméabilité relative au gaz n’a pas d’hystérésis remarquable. Avec le double-modèle de rétention et les courbes de la perméabilité relative à l’eau, on a pu simuler le processus de sorption sous humidité relative en utilisant une propre perméabilité intrinsèque à l’eau qui est dans le domaine de valeurs mesurées tandis que on n’a pas réussi à simuler l’imbibition capillaire à cause de la cinétique différente / This dissertation was devoted to study gas and water relative permeability and transfer of water in partially saturated cementitious materials. The gas relative permeability of a reference mortar and a concrete, which is used in the low and intermediate level waste storage center in Soulaines, has been measured. A method to measure water relative permeability of two concretes CEM I and CEM V, which will be used in the building of a underground disposal, has been proposed. But the difficulty of isolating the part due to the permeation in the unsaturated flow shows that the flow of capillarity is predominant in unsaturated flow. The capillary adsorption of concretes CEM I and CEM V has been measured. At the same level of water saturation, the gas relative permeability of sample pre-treated by capillary adsorption is less than that of sample pre-treated by adsorption in relative humidity. A double retention model has been proposed and it can describe the sorption isotherm of two concretes CEM I and CEM V. The curves of gas and water relative permeability are deducted. The hysteresis of sorption leads to the hysteresis of water relative permeability while there is not notable hysteresis of gas relative permeability. With double-retention model and water relative permeability expression, we can simulate sorption process under relative humidity by using a proper value of water intrinsic permeability which is in the domain of measured values

Le contexte industriel de ces travaux de recherche est lié à l'étude de la durabilité des parois internes des centrales nucléaires à double paroi dont le rôle premier est le confinement des vapeurs toxiques en cas d'accident sur le réseau de refroidissement. Le premier verrou scientifique est donc la connaissance de la relation entre les propriétés de transferts du matériau et son état de fissuration. Le deuxième verrou est relatif à l'état de contrainte permanent élevé (pas ou peu de charge d'exploitation pour une enceinte), par rapport aux charges à rupture, qui entraîne un important fluage. Or, le fluage a des conséquences sur les propriétés à rupture du matériau béton.<br /><br />L'exposé se décompose en deux parties, l'une relative à la relation état de fissuration - endommagement et l'autre aux conséquences du fluage sur les propriétés à rupture du béton.<br />Dans la première partie, l'analyse des résultats expérimentaux, sur un cylindre en compression sur lequel la perméabilité radiale a été mesurée, montre que la perméabilité décroît, jusqu'à une déformation de moitié celle au pic de force, par refermeture des microfissures préexistantes dans le matériau, puis elle augmente fortement jusqu'après le pic par création, connexion et ouverture de fissure, et enfin, elle croît moins rapidement jusqu'à la rupture car seule l'ouverture des macrofissures augmente. Dans le but de simuler ces phénomènes, nous présentons deux méthodes originales, en phase de post-traitement, pour estimer les fuites à partir d'un calcul mécanique basé sur les éléments finis. La première méthode permet de calculer la perméabilité à partir du champ d'endommagement et d'une relation entre la perméabilité et l'endommagement qui raccorde de manière pseudo-asymptotique la loi de Poiseuille à une loi empiriques identifiées pour les faibles endommagements. La deuxième méthode s'appuie sur le champ des déformations, à partir duquel sont calculées la position et l'ouverture de la fissure. La relation de Poiseuille sera alors appliquée le long de la fissure pour estimer les taux de fuite.<br />La relation entre le fluage du béton et ses caractéristiques mécaniques est analysée dans la deuxième partie. En effet, un béton est formulé pour répondre à un cahier des charges (durabilité), mais il est un matériau “vivant” dont les propriétés, notamment mécaniques, évoluent avec le temps et l'histoire du chargement qui lui est appliqué. Nous nous intéressons donc particulièrement aux conséquences du fluage sur les propriétés mécaniques à long terme. Après une revue des résultats expérimentaux qui montre essentiellement une fragilisation du matériau après fluage, nous proposons une analyse qualitative par l'étude des bifurcations, puis par une méthode numérique discrète, pour retrouver la même influence de la viscoélasticité sur la fragilité à rupture qu'observée expérimentalement. Finalement, les premiers résultats de l'analyse quantitative par une approche aux éléments finis utilisant un modèle couplé original sont présentés.<br />P.S. : Toutes ces approches nécessitent une représentation précise du comportement mécanique du béton. Dans la grande majorité des cas, la fissuration du matériau s'amorce d'un bord libre. Ceci rend très critique les conditions limites qui sont appliquées aux milieux régularisés pour éviter la localisation de l'endommagement. Une approche basée sur des considérations micromécaniques a été récemment développée pour tenir compte des effets de bord dans les approches non locales.

La perméabilité du béton influence la durabilité des structures indirectement en gouvernant la vitesse de pénétration d'agents agressifs, mais aussi directement dans le cas où la structure joue un rôle d'étanchéité, ce qui est le cas des enceintes de confinement des centrales nucléaires. Dans le contexte industriel de la sûreté de ces structures, nous avons entrepris des travaux dont l'objectif est de caractériser l'évolution de la perméabilité du béton sous l'effet de la température et du chargement mécanique. <br>Les mesures de la perméabilité au gaz sont effectuées sur des éprouvettes cylindriques en béton soumises à des températures allant jusqu'à 150 °C et à une compression uniaxiale jusqu'à la rupture. Les résultats expérimentaux révèlent que les effets de la température et de l'endommagement peuvent être découplés pour l'estimation de l'évolution de la perméabilité. Ils nous ont permis de proposer une relation reliant la perméabilité à l'endommagement et à la température. Cependant, cette relation ne peut s'appliquer que dans le domaine pré-pic du comportement du béton où le béton demeure microfissuré. Afin de dépasser cette limite pour pouvoir modéliser également l'accroissement de la perméabilité en phase post-pic, un autre paramètre, qui est l'ouverture de fissure, est intégré dans la relation entre la perméabilité et l'endommagement.<br>Cette problématique, faisant l'objet d'une modélisation, est exploitée selon deux approches. La première se base sur la définition d'une loi de raccordement entre les lois existantes d'évolution de la perméabilité avec l'endommagement et l'ouverture de fissure. Avec cette approche les tendances observées expérimentalement sont retrouvées. La deuxième approche consiste à relier d'un point de vue mécanique l'endommagement avec l'ouverture de fissure puis d'appliquer la loi de Poiseuille pour déterminer la perméabilité. La validation expérimentale de cette approche, permettant de déboucher vers un modèle continu capable de reproduire les variations de perméabilité d'une structure, constitue une des perspectives de notre travail.

La rupture de digues est un problème réel auquel sont confrontés les gestionnaires. Des cas de rupture sont régulièrement observés, en particulier dans les pays en voie de développement. Or, en dehors de simples inspections visuelles, les moyens de reconnaissance des ouvrages hydrauliques sont souvent lourds et coûteux à mettre en œuvre. Nous proposons par ce travail, une organisation de méthodes et de techniques originales et économiques pour aider le gestionnaire à mieux connaître ses ouvrages. Le mémoire est ainsi composé de trois parties couvrant la problématique générale et deux points forts de la méthode de diagnostic proposée : - la méthode de diagnostic : une approche de type AMDE est mise en œuvre, permettant l'analyse des scénarii de dégradation critiques pour un ouvrage-type. La nature des dégradations, leur criticité ainsi que l'échelle d'observation conditionnent les techniques retenues et l'organisation de la méthode, - l'estimation de la stabilité mécanique : il s'agit de mettre en œuvre des techniques pénétrométrique légères et économiques, afin d'estimer la stabilité mécanique d'un tronçon. Ces techniques sont complétées par des mesures de perméabilité in situ ; pour cela un perméamètre de faibles dimensions, adapté aux forages de 4 cm² est étudié et développé, - l'estimation in situ du potentiel de liquéfaction ainsi que de la résistance post-sismique : nous construisons une méthode dérivée de celle proposée par Robertson, à partir de la mesure de résistance de pointe et de la caractérisation du matériau in situ pour estimer le potentiel de liquéfaction d'un sol. Par ailleurs, nous nous intéressons à la résistance post-sismique des matériaux liquéfiables. Une série d'essais effectués sur un limon constitutif d'un ouvrage permettent l'établissement de deux critères de résistance post-sismique pour ce matériau. Quel que soit le critère retenu, l'ouvrage est susceptible de s'effondrer en cas de séisme de projet.

Ce mémoire de thèse a été consacrée à étudier expérimentalement la perméabilité relative au gaz et à l'eau des matériaux cimentaires partiellement saturés, et à simuler numériquement le transfert d'eau dans le béton. La perméabilité relative d'un mortier de référence et d'un béton utilisé dans un centre de stockage de déchets radioactifs a été mesurée. Une méthode de mesurer la perméabilité relative à l'eau de deux bétons CEM I et CEM V, qui seront utilisés dans un stockage profond, a été proposée. Mais les quantités d'eau mis en jeu n'ont pas permis d'exploiter cette approche. Ceci indique la prépondérance de la capillarité sur la perméation lors du processus de saturation du matériau. On a ensuite mesuré la sorption capillaire de deux bétons CEM I et CEM V. A la même saturation en eau, la perméabilité relative au gaz de l'échantillon pré-traité par l'imbibition capillaire est moins grande que celle de l'échantillon pré-traité par adsorption sous humidité relative. Un double-modèle de rétention a été proposé qui peut bien modéliser l'isotherme de sorption des bétons CEM I et CEM V. La perméabilité relative au gaz et à l'eau est déduite. L'hystérésis de l'isotherme de sorption entraîne l'hystérésis de la perméabilité relative à l'eau tandis que la perméabilité relative au gaz n'a pas d'hystérésis remarquable. Avec le double-modèle de rétention et les courbes de la perméabilité relative à l'eau, on a pu simuler le processus de sorption sous humidité relative en utilisant une propre perméabilité intrinsèque à l'eau qui est dans le domaine de valeurs mesurées tandis que on n'a pas réussi à simuler l'imbibition capillaire à cause de la cinétique différente

Les dommages tissulaires associés à l'ischémie/reperfusion ont été largement étudiés. Plusieurs études ont montré que des dysfonctionnements mitochondriaux sont responsables de la survenue de ces dommages, et que la transition de perméabilité pourrait y être impliquée. Cette transition de perméabilité est médiée par l'ouverture du pore de transition de perméabilité (PTP). Cette ouverture du PTP pourrait survenir pendant la phase d'ischémie ou pendant la phase de reperfusion. L'objectif de ce travail était de visualiser l'ouverture du PTP dans des conditions d'ischémie/reperfusion sur cellules intactes (HMEC-1 et INS-1) et d'étudier son implication dans ce phénomène. Nous avons pu visualiser pour la première fois l'ouverture du PTP par le suivi des dommages qu'elle engendre (sortie du NADH et la chute du ΔΨ) induits par une ischémie/reperfusion. Nous avons constaté que l'activation du PTP a lieu pendant la phase d'ischémie tant dans les cellules HMEC-1 que dans les cellules INS-1. Cette induction a été prévenue dans les deux modèles cellulaires par la cyclosporine A. Nos résultats suggèrent également que le complexe I pourrait être impliqué dans la prévention de la chute du ΔΨ et de la sortie du NADH. Nous avons aussi montré que la capacité de rétention calcique des cellules perméabilisées diminue à l'ischémie et que cette diminution disparait après 60 minutes de reperfusion. Ainsi, la visualisation de l'ouverture du PTP dans un modèle d'ischémie/reperfusion constituerait une piste intéressante qui apporterait plus de certitude quant à l'implication du PTP dans ce phénomène. De plus, l'étude du phénomène d'ischémie in vitro, apporterait plus de réponses quant à l'implication des modifications du fonctionnement cellulaire dans les dommages tissulaires. / Several studies have shown that ischemia/reperfusion injury is strongly related to mitochondrial dysfunction. These studies have mostly focused on the involvement of the permeability transition in this phenomenon. The permeability transition is mediated by the opening of the mitochondrial permeability transition pore (mPTP). PTP activation may occur during ischemia or reperfusion. The aim of this work was to visualize mPTP opening during ischemia/reperfusion conditions on intact cells (HMEC-1 and INS-1) and to study its involvement in this phenomenon. For the first time, we observed the opening of the mPTP mediated by ischemia/reperfusion by monitoring the damages caused by its activation (NADH efflux and ΔΨ decrease). This mPTP activation occurred during ischemia in HMEC-1 and INS-1 cells. However, mPTP induction was prevented by cyclosporine A in both cell models. Furthermore, our results showed the involvement of complex I in the prevention of NADH efflux and ΔΨ decrease. A decrease in the mitochondrial calcium retention capacity was also shown in permeabilised cells during ischemia, which disappear after 60 minutes of reperfusion. Thus, the visualisation of the mPTP opening in a model of ischemia / reperfusion is an interesting observation indicating the involvement of PTP in this phenomenon. Furthermore, the study of ischemia in vitro would provide answers regarding the involvement of cellular function changes in tissue damage.