Titre de l'écran-titre (visionné le 2 mai 2023) / Les bétons renforcés de fibres à ultra-hautes performances (BFUP) sont une nouvelle classe de composites de ciment aux propriétés mécaniques et de durabilité exceptionnelle qui inspirent la créativité architecturale, tout en prolongeant la durée de vie des bâtiments et des structures. Cette thèse vise à introduire de nouveau BFUP écologique avec des structures à faible teneur en ciment et des outils avancés pour tenir compte des défis industriels qui limitent l'utilisation du BFUP, en particulier l'architecture de formes complexes, telles que la distribution des fibres. Premièrement, les propriétés mécaniques d'un nouveau BFUP écologique à faible teneur en ciment qui a été récemment développé à l'Université Laval seront caractérisées dans cette étude en mettant l'accent sur des essais d'extraction et des essais de flexion. Ensuite, nous couplons la méthode d'inductance magnétique (MIM) et la méthode des éléments finis (FEM) pour tenir compte de la distribution des fibres afin de prédire le comportement en traction et en flexion du BFUP avec différentes distributions de fibres. Une vaste campagne expérimentale a été menée sur le test d'arrachement de fibre unique, le test de traction directe et le test de flexion à quatre points sur des éléments architecturaux aux formes complexes. Les méthodes de moulage ont également été variées pour comprendre l'effet de la distribution et de l'orientation des fibres. Sur la base des résultats présentés, ce travail a développé et validé avec succès un outil MIM-FEM pour prédire le comportement en traction du BFUP en tenant compte de la distribution non uniforme des fibres. En particulier, les éléments complexes de X-connexion d'un projet de passerelle futuriste pour le Québec sont utilisés pour évaluer les outils développés et leurs limites. Le présent travail offre une nouvelle direction pour favoriser les projets d'applications de BFUP au Québec pour améliorer leur fiabilité contre la distribution de fibres ainsi que pour introduire de nouveau BFUP à faible émission de carbone. / Ultra-High-Performance Fiber Reinforced Concrete (UHPFRC) are a new class of cement composites with outstanding mechanical and durability properties which inspires architectural creativity, while extending the life of buildings and structures. This thesis aims to introduce novel ecological UHPFRC with low cement structures and advanced tools to account for industrial challenges which limit the use of UHPFRC, especially architecture of complex forms, such as the fiber distribution. Firstly, the mechanical properties of a new ecological UHPFRC with low cement which was recently developed at Laval Université will be characterized in this study with emphasis on pull-out tests and bending tests. Then, we couple the magnetic inductance method (MIM) and Finite Element Methods (FEM) to account for the fiber distribution to predict the tensile and bending behavior of UHPFRC with different fiber distributions. A wide experimental campaign was carried out on single fiber pull-out tests, direct tensile tests and four-point bending tests, along with bending tests on architectural elements with complex shapes. The casting methods were also varied to understand the effect of fiber distribution and orientation. Results from this work show the successful development and validation of MIM-FEM tool to predict the tensile UHPFRC behavior by considering a non-uniform fiber distribution. In particular, the complex X-connection elements of a futuristic footbridge project for Quebec is used to evaluate the tools developed and their limitations. The present work opens a new direction to foster UHPFRC applications projects in Quebec to enhance their reliability against the fiber distribution effects as well as for introducing novel UHPFRC with low carbon.

Nous avons développé un modèle biomécanique dans le but de quantifier et de comparer les stratégies cinétiques de l’épaule et du coude de personnes saines et de personnes présentant un syndrome d’abutement de l’épaule (SAÉ). Compte tenu de la biomécanique particulière au SAÉ, nous nous attendions d’observer une différence dans les stratégies cinétiques des deux groupes, surtout lorsque la tâche nécessitait l’implication de la coiffe des rotateurs. Dix sujets avec SAÉ et 11 sujets contrôles ont été testés. À l’aide d’une rétroaction visuelle sur un écran d’ordinateur, le sujet devait atteindre une cible correspondant à une force isométrique équivalant à 40% de la force maximale volontaire (avant l’apparition de la douleur). Le sujet devait faire cette tâche pour 8 directions dans le plan frontal (0°, 45°, 90°, 135°, 180°, 225°, 270°, 315°). Pour un droitier, la direction 0° est à droite selon l’axe horizontal. De plus, les valeurs positives suivent le sens antihoraire. Le modèle biomécanique et la mesure de la force isométrique permettent de calculer les contributions des moments de force de l’épaule et du coude pendant une tâche coordonnée. Indépendamment de la direction de la force isométrique, le groupe présentant le SAÉ était en mesure d’atteindre la cible, mais il nécessitait plus de temps que le groupe contrôle. Comparativement aux sujets sains, les sujets avec SAÉ montraient une contribution moindre du moment de force rotatoire de l’épaule (rotation interne ou externe) lorsque la cible était à 0° ou à 225°. Toutefois, les patients avaient une plus grande contribution du moment de force en abduction/adduction de l’épaule pour les cibles situées à 0°, 135° et 180°. Enfin, lorsque la cible était à 315°, les sujets avec SAÉ montraient une diminution de la contribution du moment de force de flexion/extension du coude. Globalement, l’utilisation du modèle biomécanique a permis de démontrer que, pour certaines directions dans le plan frontal, les sujets avec SAÉ utilisent une stratégie cinétique différente des sujets sains pour générer une force isométrique lors d’une tâche coordonnée. Ces observations s’expliquent en partie par les problèmes reliés à la coiffe des rotateurs dans le SAÉ. / A biomechanical model was used to quantify the kinetic strategy of the shoulder and the elbow joints. Joint torques were estimated to verify the effect of the subacromial impingement syndrome (SIS) during isometric force task by comparing healthy people with injured people. The biomechanical model was tested with 2 groups: people with SIS (n = 10) and a control group (n = 11). The task was to generate, as quickly and as accurately as possible, an isometric force corresponding to 40% of the maximal voluntary contraction (without pain) in the frontal plan to reach a visual target. There were eight target positions (0°, 45°, 90°, 135°, 180°, 225°, 270° and 315°). Each target location required a different combination of elbow and shoulder torques. The biomechanical model and the measurement of the isometric forces allowed us to calculate the kinetic strategy of the shoulder and the elbow. The results showed that regardless of the target location, the group with SIS was able to reach the target but needed more time to reach the target compared to the control group. Concerning the kinetic strategies, the patients, in contrast to healthy participants, needed lower rotational shoulder torque contribution to reach the target located at 0° and 225° and they had a greater abduction/adduction torque contribution when the targets were located at 0°, 135° and 180°. Finally, patients with impingement syndrome had lower elbow flexion/extension torque contribution when the target was located at 315°. Overall, the biomechanical model demonstrated that, for some target positions, the patients used different kinetic strategy than healthy participants to reach the target.

The subject of this thesis is twofold: (i) to contribute to the understanding of the phase transformations and mechanical properties of TRIP-assisted multiphase steels; (ii) to show to what extent a new TRIP-assisted multiphase steel with a reduced silicon content could meet the performance requirements for high-strength formable steels. It enlightens the correlations between Processing, Microstructure and Properties. Furthermore, the different investigations carried out in this thesis will aim at comparing what can be called a conventional high silicon TRIP-assisted multiphase steel with a newly proposed low silicon TRIP-assisted multiphase steel.

The subject of this thesis is twofold: (i) to contribute to the understanding of the phase transformations and mechanical properties of TRIP-assisted multiphase steels; (ii) to show to what extent a new TRIP-assisted multiphase steel with a reduced silicon content could meet the performance requirements for high-strength formable steels. It enlightens the correlations between Processing, Microstructure and Properties. Furthermore, the different investigations carried out in this thesis will aim at comparing what can be called a conventional high silicon TRIP-assisted multiphase steel with a newly proposed low silicon TRIP-assisted multiphase steel.

Pour cette étude, trois espèces de la forêt boréale ont été sélectionnées selon leur importance pour l'industrie forestière canadienne. Quinze billes de pin gris ont été récoltées au Lac Saint-Jean (Québec) puis sciées, séchées et testées afin de connaître le module d'élasticité statique (MOEstat) des pièces à 12% de teneur en humidité. Le même processus a été appliqué pour l'épinette noire provenant de la Côte Nord (Québec) et pour une plus grande quantité de billes (92) d'épinette blanche récoltées à la Forêt expérimentale de Petawawa (Ontario). L'objectif de ce travail consiste à déterminer la force des relations, à trois étapes du processus de transformation, entre les vitesses sonores, les modules d'élasticité dynamique (MOEdyn) et les MOEstat mesurés sur les pièces sciées. Des simulations ont aussi permis d'évaluer l'influence de la variation de la teneur en humidité sur la force de la relation entre le MOEstat et le MOEdyn pour les billes. Les résultats montrent que la force de la relation entre le MOEstat et le MOEdyn s'améliore lorsque la variation de la teneur en humidité du bois et la variation de la masse volumique anhydre de la bille sont connues, ce qui indique qu'il est préférable de mesurer directement la masse volumique de la bille lors de l'évaluation du MOEdyn.

La recherche et le développement effectué sur les poutrelles en I à base de bois a souvent eu recours aux essais expérimentaux et à des méthodes empiriques. Le panneau OSB (oriented stand board – panneau de lamelles orientées) s’est révélé être adapté lorsqu’il est utilisé comme âme dans ces poutrelles. Cependant, notre compréhension du comportement de cette âme en OSB pourrait être améliorée afin de mieux comprendre le comportement de ces poutrelles et d’en optimiser le design. L’objectif général de cette étude était de développer un modèle numérique permettant de simuler le comportement des poutrelles en I à base de bois afin d’avoir une meilleure compréhension de l’impact des propriétés de l’âme sur l’ensemble du système. Cet objectif a été poursuivi en spécifiant les trois objectifs spécifiques suivants : • Identifier les propriétés mécaniques de l’âme qui devraient être déterminées de manière expérimentale en fonction de leur impact sur la déflection des poutrelles et sur les déplacements relatifs causés par le cisaillement dans l’âme. • Déterminer les propriétés mécaniques requises pour l’âme en OSB, ainsi que leur variabilité, dans le développement d’un modèle numérique simulant les poutrelles en I en flexion. • Déterminer l’impact de la variabilité des propriétés mécaniques de l’âme en OSB sur le comportement en flexion des poutrelles en I. Pour identifier les propriétés mécaniques de l’âme importantes à être déterminées, une étude de sensibilité d’un modèle numérique basé sur la méthode par éléments finis (MEF) a été effectuée. Les propriétés mécaniques de l’âme ont été changées tour à tour dans le modèle, passant de 50% à 200% d’une valeur de référence pour déterminer leur impact sur la déflection de la poutrelle et sur le déplacement relatif en cisaillement dans l’âme. Le modèle s’est révélé être avant tout sensible au module de cisaillement dans le plan du panneau en modifiant la déflection de la poutrelle jusqu’à 23%. Le modèle s’est aussi montré sensible aux modules d’élasticité en tension de l’âme en OSB en directions parallèle et perpendiculaire à la longueur des poutrelles. La déflection de la poutrelle a respectivement été modifiée de 2% et 1% lorsque ces propriétés ont étés modifiées. Pour déterminer les propriétés mécaniques de l’âme en OSB requises et précédemment identifiées comme importantes ou sensibles du modèle pour l’âme en OSB, une méthodologie a été élaborée afin de déterminer les relations qui relient certaines propriétés mécaniques de l’OSB en fonction de la masse volumique de petits échantillons . Des panneaux OSB (n=40) ont d’abord étés scannés par rayons X afin de mesurer la masse volumique et d’en cartographier la variation dans le plan du panneau. Des échantillons ont étés découpés à partir de zones de masse volumique homogène selon trois orientations différentes (parallèle, perpendiculaire et à 45° par rapport à l’axe fort du panneau) afin de mesurer trois propriétés mécaniques requises pour un modèle élastique simulant l’âme en OSB d’une poutrelle en I : Les modules d’élasticité (MOE) parallèle et perpendiculaire à l’axe fort du panneau et le module de cisaillement (G). Étant donnée la faible taille des échantillons, le module de cisaillement à été déterminé suivant une équation de la mécanique des solides en utilisant une combinaison de MOE en tension dans le plan, incluant le MOE à 45°. Les résultats ont montré une forte relation entre la masse volumique de l’OSB et les propriétés mécaniques : les coefficients de détermination (R2) variant de 0,57 à 0,79. Cela a fourni les informations nécessaires pour inclure les propriétés mécaniques de l’OSB en fonction de la masse volumique dans un modèle simulant l’âme des poutrelles en I. Basé sur les équations de régression linéaire entre les propriétés mécaniques et la masse volumique, des augmentations de 207% du MOE en tension dans la direction parallèle, de 187% dans la direction perpendiculaire et de 172% à 45° ont été obtenues en passant de 600 à 900 kg/m3. L’équation utilisée pour déterminer le module de cisaillement s’est révélée juste et fiable. Finalement, pour déterminer l’impact de la variabilité des propriétés mécaniques de l’âme en OSB sur le comportement en flexion des poutrelles en I, plusieurs séries de simulations ont été effectuées. En premier lieu, la flèche et les déplacements relatifs en cisaillement dans l’âme ont été comparés à des résultats de simulation considérant une âme homogène et des résultats d’essais en laboratoire. Les résultats de simulation se sont révélés être près de ceux du laboratoire avec des différences de déflection se situant entre 9 et 24%. Les déplacements relatifs en cisaillement ont cependant été surestimés par le modèle. Les différences étaient potentiellement dues à la variabilité locale de masse volumique et des propriétés physiques et mécaniques l’OSB. Cette variabilité a été spécifiée dans le modèle en se basant sur les relations entre la masse volumique et les propriétés mécaniques de l’OSB préalablement établies. Les résultats de simulation considérant la variabilité des propriétés ont étés comparés avec d’autres considérant l’OSB comme étant homogène. La distribution des déplacements relatifs en cisaillement a été modifiée dans tous les cas et la flèche a en moyenne légèrement augmenté (moins de 1%). En se basant sur la relation entre la masse volumique et les propriétés mécanique des panneaux OSB, l’effet du profil de masse volumique selon l’épaisseur du panneau OSB a été considéré dans la simulation. Une augmentation de la flèche de l’ordre de 1% a été observée ainsi qu’un déplacement latéral de la semelle inférieure lorsque le profil de masse volumique vertical a été pris en compte. Il ressort de cette étude que l’OSB, en tant que matériau, a des propriétés mécaniques grandement variables à une échelle relativement petite. Ces propriétés, dont la plus influente est le module de cisaillement dans le plan du panneau, n’ont cependant pas un impact majeur sur le comportement des poutrelles en I en flexion dans le domaine élastique. / Research and development of wood I-joist design has often relied on laboratory testing and on empirical approach. Oriented strand board (OSB) has been used successfully as web material but its behavior within the I-joist needs to better be defined in order to improve wood I-joist design. The overall objective of this study is to develop a model that would simulate the deflection and shear strain of a wood I-joist in bending and to develop a better understanding of the web properties impact on the overall I-joist bending behavior. This was pursued by specifying three specific objectives: • Identify web mechanical properties that should be determined experimentally due to their impact on I-joist deflection and shear strain. • Determine the OSB web mechanical properties, including their variability, required to develop a finite element model of wood I-joist bending behavior. • Determine the impact of OSB physical and mechanical properties variability on I-joists bending behavior. To determine which OSB properties have higher impact on I-joist shear strain and deflection, a sensitivity study was performed with a finite element method (FEM) based model. The OSB mechanical properties were changed in a numerical model from 50% to 200% of the reference value to determine their impact on web shear strain and I-joist deflection. The model was primarily sensitive to in-plane web shear stiffness, which changed I-joist deflection up to 23%. The model was also sensitive to the web tensile modulus of elasticity parallel and perpendicular to joist length. These properties changed I-joist deflection up to 2% and 1%, respectively. The important or sensitive OSB web mechanical properties were determined by a methodology developed to obtain reliable mechanical properties of I-joists OSB web, including variability. OSB panel samples were scanned by X-rays to measure in-plane density variation. Specimens were cut from pre-defined homogeneous density areas in three different orientations (parallel, perpendicular, and diagonal to the strong axis) to measure three basic elastic properties required for an elastic model of I-joists OSB web: modulus of elasticity (MOE) parallel and perpendicular to the panel’s strong axis and shear modulus (G). Given the required small specimen size, shear modulus was determined using a combination of in-plane tensile MOEs, including MOE at 45 degrees. The results showed a strong relationship between OSB density and small-scale mechanical properties: coefficients of determination (R2) varied between 0.57 and 0.79. This provided information on I-joist OSB web mechanical properties as a function of density for input into a numerical model. Properties showed considerable variability in the 600–900 kg/m3 density range, with a 207% increase in tensile modulus of elasticity in the parallel direction, 187% in the perpendicular direction, and 172% at 45°. The mechanics-based OSB shear modulus equation used proved to be reliable. Finally, to determine the impact of OSB mechanical properties variability on I-joists bending behaviour, a series of simulations were performed. The inclusion OSB web heterogeneous properties over wood I-joist behavior in bending was investigated. The shear strain in the web and the I-joist deflection from full scale experimental results were first compared with model output considering homogeneous OSB web. Results showed a good correlation between simulated and full scale experimental bending test results values with deflection differences ranging from 9 to 24%. However, the model overestimated the shear strain. These differences were potentially due to the OSB local variability of density and mechanical properties. Based on a previously established density/properties relationship and on web OSB in-plane density mapping, OSB property heterogeneity was considered in the model. Simulation results including heterogeneous OSB properties (n=100) were then compared with those considering homogeneous properties (n=100). Shear strain distribution was altered in the web and a small (less than 1%) increase in deflection was observed. Based on density measured across the OSB web thickness and on the established density/properties relationship, simulations were performed to evaluate the effect of the vertical density profile on the simulated I-joist. A 1% deflection increase was observed as well as a lateral displacement of the bottom flange.

Le diabète est associé à divers types de complications au niveau vasculaire affectant la micro et la macro-vasculature, ce qui contribue à l'augmentation de l'incidence d'infarctus du myocarde, d'ACV, de néphropathie et de rétinopathie. Parmi les mécanismes expliquant l'apparition de ces complications, la glycation des protéines joue un rôle important. En effet, il est connu que la glycation des protéines de la matrice extracellulaire (élastine, collagène) affecte les propriétés mécaniques des tissus constitués de celles-ci. Nous pensons que la glycation des protéines du cytosquelette peut également affecter les propriétés mécaniques de cellules présentes au niveau de la vasculature, telles que la cellule du muscle lisse vasculaire ou la cellule endothéliale, et ainsi affecter les fonctions cellulaires dépendantes d'une réorganisation du cytosquelette, telles que la contraction cellulaire. Le glyoxal (GO) est un composé hautement réactif de la famille des oxoaldéhydes, considéré comme un puissant agent de glycation au niveau cellulaire, puisqu'il réagit rapidement avec les groupements amines des protéines de façon à former des produits de glycation avancés (PGA). L'étude présentée dans cette thèse démontre d'une part que l'exposition à cet agent de glycation entraîne une augmentation de la rigidité cellulaire ainsi qu'une augmentation de la réponse contractile cellulaire générée par la machinerie actomyosine, en réponse à l'AngII. À la lumière de ces résultats, nous proposons qu'une exposition au GO peut induire des modifications post-traductionnelles de type non-enzymatique des protéines impliquées dans la machinerie contractile et ainsi altérer la fonction contractile cellulaire. C'est pourquoi nous avons en second lieu évalué la glycation de trois protéines impliquées dans la machinerie contractile (actine, ROCK, gelsoline) par un essai basé sur la réaction d'une sonde fluorescente et perméable à la membrane cellulaire, soit le carboxyfluorescéine diacetate succinimidyl ester (CFDA-SE), avec les amines primaires des protéines. Par cet essai, nous avons observé une augmentation de la glycation de l'actine et de ROCK, de même qu'une augmentation de l'interaction entre l'actine et la GSN. Cette thèse montre également l'implication de l'activité kinase de ROCK dans l'amplification de la réponse contractile, suggérant que la glycation de ROCK pourrait moduler son activité. En conclusion, la modification des protéines cellulaires par le GO pourrait affecter leurs fonctions et propriétés mécaniques, notamment par la modulation d'importantes interactions protéine-protéine impliquées dans la contraction cellulaire et dans l'organisation du cytosquelette.

Dans cette thèse, nous avons traité l’endommagement local des pipes en acier API 5L X52, par impact de sable et par hydrogène. L’érosion se produit par la projection du corindon (Al2O3), d’une taille moyenne de grains comprise entre 300 et 400um. Les variables sont le temps de sablage (compris entre 1 et 8 heures) et le rayon d’entaille d’éprouvette (0.25 à 1 mm). L’effet d’érosion est caractérisé par : perte de masse, volume érodé, évolution des paramètres d’entaille, analyse des contraintes résiduelles et microdureté HV. Nous avons constaté que plus le temps de sablage et le rayon d’entaille sont grands, plus l’endommagement est important. Les contraintes résiduelles introduites par sablage jouent un rôle important sur la résistance du matériau. La deuxième partie concerne l’endommagement des pipes par la présence de l’hydrogène. Des essais ont été réalisés à un potentiel constant de -1Vsce et dans une solution électrolytique standard : NS4 (Natural Soil 4). La quantité et la concentration d’hydrogène absorbée ont été évaluées. En réalisant différents essais mécaniques : Traction, Charpy et fatigue, nous avons déterminé l’influence du sablage et de l’hydrogène sur les propriétés mécaniques des pipes. Les résultats montrent que le sablage améliore l’élongation à la rupture et la durée de vie du pipe ;  par contre, l’hydrogène les réduit puisque il pénètre dans l’acier et change le mécanisme de rupture. L’évolution de la microstructure du matériau et le mode de rupture ont été observé par microscope à balayage. la réduction de la taille des grains de l’acier, au fond d’entaille sablée, est le signe d’une forte déformation plastique. Les fissures dans l’acier, chargé en hydrogène, se propagent en suivant le chemin de la porosité. Enfin, la nocivité d’entaille, sous sablage et sous hydrogène, a été étudiée par le Diagramme Intégrité Rupture Modifié. Nous avons montré que l’entaille, d’une profondeur de 20% de l’épaisseur du pipe, reste sans dangerosité, mais la fragilisation par la présence de l’hydrogène diminue les facteurs de sécurité et de sûreté d’environ 7% / In this thesis, we have treated the local damage of pipes, with API 5L X52 steel, by impact of sand and hydrogen. The erosion occurs by the projection of corundum (Al2O3), with an average grain size between 300 and 400μm. The variables are the sanding time (between 1 and 8 hours) and the specimen notch radius (0.25 to 1 mm). The effect of erosion is characterized by: mass loss, eroded volume, evolution of notch parameters, residual stress analysis and microhardness HV. We noticed that longer the sanding time and larger the notch radius, more significant is the damage. Residual stresses introduced by sandblasting play an important role on the material resistance. The second part concerns the damage of pipes by the presence of hydrogen. Tests were carried out at a constant potential of -1Vsce, and in a standard electrolytic solution: NS4 (Natural Soil 4). The quantity and the concentration of absorbed hydrogen were evaluated. By performing different mechanical tests: Tensile, Charpy and fatigue, we determined the influence of sandblasting and hydrogen on the mechanical properties of pipes. The results indicate that the sandblasting improves the elongation at fracture and the lifetime of pipe, but on the other side, hydrogen reduces them because "he" penetrates into the steel and changes the failure mechanism. The evolution of material microstructure and fracture mode were observed by scanning electron microscope. The decrease in steel grains size, at the sandblasted notch tip, is a sign of large plastic deformation. The cracks in steel, charged with hydrogen, propagate along the porosity path. Finally, the harmfulness of notch, under sandblasting and hydrogen, was studied by the Modified Failure Assessment Diagram. We have shown that the notch with a depth of 20% of the pipe thickness isn’t dangerous, but the brittleness caused by the presence of hydrogen reduces the safety and security factors about 7%

Thèse en cotutelle, doctorat en génie civil : Université Laval, Québec, Canada, Philosophiæ doctor (Ph. D.) et Université Toulouse III - Paul Sabatier, Toulouse, France / Un modèle de comportement mécanique des bétons fibrés est développé et implanté dans le logiciel éléments finis Cast3m. Il vient compléter le modèle de fissuration orthotrope du béton Fluendo3D, en ajoutant la capacité de traiter des matériaux à fibres courtes, cylindriques et rectilignes. Ce modèle, qui s'appuie sur des données d'essais et certains mécanismes modélisés issus de la littérature, permet d'apporter des éléments de compréhension du comportement de ce type de matériau, et notamment concernant le phénomène de multi-fissuration. La caractérisation des phénomènes mis enjeu durant l'extraction des fibres est le point de départ de cette étude. Les effets de l'inclinaison des fibres par rapport à la direction d'extraction sont pris en compte et interviennent dans le comportement du modèle qui présente la capacité d'utiliser des orientations préférentielles de fibres. Le phénomène de multi-fissuration est représenté grâce à une loi d'effet d'échelle de Weibull qui permet de tenir compte de la dispersion des résistances à la traction du béton et d'expliquer le développement de la multi-fissuration. Cette représentation permet d'obtenir des distributions d'ouvertures de fissures dans des macro-éléments finis, et apporte donc une nouvelle précision dans le calcul des ouvertures de fissures dans des structures de grandes dimensions. / A model for the mechanical behavior of fiber-reinforced concrete is developed and implemented in Cast3m finite element software. It completes the orthotropic concrete cracking model Fluendo3D, by adding the ability to treat materials with short, cylindrical and straight fibers. This model, which is based on tests results and assumptions of mechanisms modelled from litterature, provides elements of understanding of the behavior of this type of material, especially concerning the phenomenon of multi-cracking. The characterization of the phenomena involved during the extraction of the fibers is the starting point of this study. The effects of the inclination of the fibers with respect to the direction of extraction are taken into account and intervene in the behavior of the model which presents the capacity to use preferential orientations of fibers. The multi-cracking phenomenon is represented by a Weibull scaling law that allows to take into account the dispersion of the concrete tensile strengths and to explain the development of multi-cracking process. This representation makes it possible to obtain crack opening distributions in macro-finite elements, and thus brings a new precision in the calculation of cracks openings in large structures.

Cette recherche vise à améliorer la compréhension et l'optimisation des mousses de caoutchouc, en particulier des mousses de caoutchouc naturel. Cela se fait par une intégration complète des résultats de laboratoire et des modèles par éléments finis (EF). L'objectif principal est de simuler, analyser et concevoir des mousses de caoutchouc avec des propriétés mécaniques sur mesure en utilisant des modèles EF pour diverses applications, telles que dans l'industrie du pneu. La nouveauté réside dans l'incorporation de la géométrie 3D réelle dans les modèles EF, abordant une lacune critique dans la littérature actuelle qui repose souvent sur des méthodes mathématiques ou analytiques simplifiées. L'approche interdisciplinaire du projet combine des données expérimentales et des méthodes numériques, offrant une stratégie efficace et économique pour le développement de produits en mousse de caoutchouc optimisés. Tout au long de la recherche, différents sous-objectifs sont poursuivis, notamment la modélisation des matériaux hyperélastiques non moussés, l'exploration de la modélisation géométrique 3D avancée, l'incorporation de la modélisation multi phase, et l'analyse de la concentration des contraintes et des points de rupture. Pour atteindre ces objectifs, différents facteurs affectant les propriétés mécaniques des mousses de caoutchouc ont été sélectionnés et étudiés. Ces facteurs incluent la densité relative de la mousse (0,3 à 0,5), la teneur en agent moussant dans les mousses de caoutchouc naturel (2 phr à 10 phr) et dans les mousses d'élastomère polyoléfinique (2 phr à 5 phr). La conclusion résume les principales résultats, souligne l'impact potentiel de la recherche et décrit les perspectives d'exploration dans le domaine des mousses de caoutchouc. / This work aims to advance the understanding and optimization of rubber foams, especially natural rubber (NR) foams. This is done through a comprehensive integration of laboratory results and finite element (FE) models. The man goal is to simulate, analyze, and design rubber foams with tailored mechanical properties using FE models for diverse applications, such as in the tire industry. The novelty lies in incorporating real 3D geometry into FE models, addressing a critical gap in the current literature that often relies on simplified mathematical or analytical methods. The project's interdisciplinary approach combines experimental data and numerical methods, providing an efficient and cost-effective strategy for the development of optimized rubber foam products. Throughout the research, different sub-objectives are pursued, including modeling hyperelastic unfoamed materials, exploring advanced 3D geometric modeling, incorporating multiphase modeling, and analyzing stress concentration and failure points. To achieve these objectives, different factors affecting the mechanical properties of rubber foams have been selected and investigated. These factors include the relative foam density (0.3 to 0.5), foaming agent content in natural rubber (NR) foams (2 phr to 10 phr) and in polyolefin elastomer (POE) foams (2 phr to 5 phr). The conclusion summarizes the key findings by underscoring the research's potential impact, and outlines avenues for future exploration in the field of rubber foams.