Le procédé sol-gel permet l'élaboration aisée de films minces hybrides organiquesinorganiques. Les propriétés mécaniques des matériaux hybrides étudiés sont fixées d'une part par la composition du revêtement et d'autre part par la nature de l'interface entre les composantes organique et inorganique.<br /><br />Cette étude a permis de valider la reproductibilité des mesures de module d'élasticité et de dureté effectuées par nanoindentation sur des matériaux hybrides PMMA–SiO2 par un contrôle efficace des phénomènes viscoélastiques induits par la présence du polymère.<br /><br />Nous avons également étudié l'influence de la morphologie du matériau (c'est-à-dire le rôle de l'interface hybride) sur la réponse mécanique obtenue par nanoindentation ; pour cela, nous avons modifié la nature des interactions établies entre les composantes organique et inorganique. Puis, nous avons modifié la taille de l'interface en modifiant la nature de la composante inorganique.

Le travail de thèse a porté essentiellement sur l'effet des conditions de prise en pression et en température dans une gamme (20-60°C/Patm-200 bar) d'un ciment pétrolier (Portland « classe G ») au très jeune âge (jusqu'à un jour) en condition saturée sur (i) la cinétique d'hydratation, (ii) les propriétés hydriques (perméabilité et porosité) et (iii) le développement des propriétés élastiques dynamiques obtenues par propagation d'ultrasons et quasi-statiques. Les propriétés quasi-statiques instantanées et différées ont été obtenues à partir d'essais mécaniques réalisés en compression simple à différents temps/degré d'hydratation.La partie I a permis de montrer que la pression appliquée pendant la prise a un effet négligeable sur la cinétique d'hydratation contrairement à l'effet accélérateur de la température de prise. Un modèle de cinétique d'hydratation tenant compte de l'effet accélérateur de la température a été mis en place afin de déterminer l'évolution des fractions volumiques des différentes phases en présence dans la pâte de ciment au cours de son hydratation. L'évolution de la phase (porosité capillaire + eau) obtenue par le modèle d'évolution des fractions volumiques est en bonne concordance avec l'évolution de la porosité connectée mesuré par porosimétrie dans la deuxième partie de travail de thèse. En partie II, concernant la caractérisation de la perméabilité, les valeurs obtenues ainsi que l'évolution des propriétés élastiques quasi-statiques obtenue expérimentalement ont permis de déterminer le temps de drainage pour chacune des conditions d'hydratation étudiées. Cette information permet de déterminer la nature drainée ou non drainée des essais mécaniques quasi statiques réalisés. En partie III, les essais mécaniques ont permis d'identifier un comportement granulaire faiblement cohésif au niveau du sommet du pic exothermique, puis un comportement solide cohésif avec progression des propriétés mécaniques au cours de l'hydratation à partir de la décroissance du flux thermique. Enfin, deux modèles par homogénéisation multi-échelles ont été proposés, la différence portant sur la schématisation de la pâte de ciment au très jeune âge. Les résultats ont été confrontés avec succès aux propriétés élastiques dynamiques et quasi-statiques drainées et non drainées obtenues expérimentalement / The thesis primarily concerned the effect of the set conditions in pressure and in temperature in a range (20-60°C/Patm-200 bar) of an oilwell cement (Portland cement class G) at very early age(up to one day) in saturated condition on (I) the hydration kinetics, (II) the hydrous properties (permeability and porosity) and (III) the development of the dynamic elastic properties obtained by ultrasonic propagation and quasi-static properties. The "instantaneous" and differed quasi-static properties were obtained by mechanical tests carried out in uniaxial compression with various times/degree of hydration

Dans le domaine aéronautique la réduction du ratio buy to fly pour les pièces de structure est devenue un enjeu majeur. Il s'agit de développer, à coût matière réduit, des appareils consommant moins de carburant tout en proposant une autonomie et une capacité de transport plus importantes. Ce travail de recherche s'inscrit dans cette problématique industrielle, et accompagne Airbus dans le développement du procédé de soudage par faisceau d'électrons de tôles en alliage TA6V dans le but de concurrencer (en proposant une diminution du ratio buy to fly) les procédés classiques de forgeage/matriçage des pièces de structure. Toutefois, le soudage du TA6V, malgré un traitement thermique de détensionnement, conduit à une hétérogénéité de microstructure caractérisée par l'apparition de très fines lamelles de phase α associées à une diminution de la résistance à la propagation de fissures dans la zone soudée par rapport à celle du matériau de base. Ce gradient de propriétés mécaniques est acceptable pour l'application souhaitée, néanmoins, pour étendre ce procédé d'assemblage à d'autres pièces de structure un Traitement Thermique Post-Soudage (TTPS) est envisagé. On vise ainsi à atteindre, dans l'intégralité de la tôle soudée, un meilleur compromis entre la résistance à la propagation de fissure et les propriétés en statique. Dans ce travail de thèse, des lignes de fusion ont été réalisées par la société Airbus sur des tôles laminées d'épaisseurs 12mm présentant une microstructure biphasée α+β soit équiaxe (dite recuit α-β), soit lamellaire (dite recuit β). La caractérisation de chacune des microstructures et des propriétés mécaniques (via des essais de traction, de résilience et de propagation de fissure en fatigue) de la zone de fusion et du matériau de base a permis d'appréhender les mécanismes d'endommagement de l'alliage soudé. Les résultats macroscopiques des essais mécaniques associés à l'étude des faciès de rupture et des chemins de propagation de fissure ont par ailleurs révélé, pour chacune des microstructures impliquées (recuit α-β et recuit β), une importante anisotropie des propriétés mécaniques et de fortes hétérogénéités de comportement mécanique dans l'épaisseur de la tôle. La caractérisation de la microtexture par analyses EBSD de ces matériaux a mis en exergue la présence de nombreuses macrozones contribuant aux hétérogénéités observées. Le développement d'un Traitement Thermique Post-Soudage (TTPS) à partir de l'état recuit β soudé ne permet pas d'aboutir à des propriétés mécaniques statiques satisfaisantes dans la tôle à cause d'un grossissement excessif des ex-grains β. C'est pourquoi, un TTPS à partir de l'état recuit α-β soudé a été envisagé afin d'homogénéiser la microstructure et d'améliorer la résistance à la propagation de fissure de l'ensemble de la tôle soudée. Finalement, une optimisation du TTPS est proposée en considérant le passage de l'échelle du laboratoire à l'échelle industrielle. Les caractérisations microstructurales et mécaniques après TTPS ont par la suite été confrontées aux résultats obtenus sur le matériau recuit β, ce qui a permis de comprendre les avantages et les limites du TTPS choisi. / In the aeronautic industry, the reduction of the « buy-to-fly » ration for structural parts has become a major issue. The goal is to develop planes, at a reduced material cost, requiring less fuel with an extended range and higher load capacity. This research study has been designed with the Airbus Company in order to contribute to solve this industrial problem. In particular, the development of the electron beam welding process of the β annealed titanium alloy Ti-6Al-4V should concurrence the usual forging/pressing processes of structural parts. However, welding of Ti-6Al-4V, despite a stress relieving heat treatment, lead to a microstructural heterogeneity between the welded zone and the base metal and, as a consequence, to an heterogeneity of the mechanical properties. In comparison to the crack propagation resistance of the base metal, the one measured fusion zone is weaker and is associated to the presence of very thin α platelets. This mechanical properties gradient remains acceptable for the industrial purpose, nevertheless, in order to extend the use of the electron beam welding process to other structural parts, a Post-Welding Heat Treatment (PWHT) is considered. The aim is to achieve, in the entire welded plate, a better compromise between the crack propagation resistance and the static properties. In this PhD work, fusion lines were performed by the Airbus company on two rolled plates of biphasic α+β Ti-6Al-4V presenting either a lamellar microstructure (also called β annealed) or an equiaxe microstructure (also called α-β annealed). Characterizations of the microstructures involved as well as the mechanical properties helped to understand the failure mechanisms of the welded alloy. The analysis of the different test revealed, thanks to the observation of the crack propagation path on the Charpy specimens, that the very thin α platelets in the fusion zone do not act as a strong barrier against the crack propagation. On the contrary, in the case of the β annealed base metal, the α platelets are thick enough (1µm) to be an obstacle and to slow down the crack. In this case, the crack undergoes many deviations at the α/β interfaces, generating a very long and tortuous crack path. In order to improve the mechanical properties of the fusion zone, it seems appropriate to apply a PWHT, which will transform the microstructure and increase the thickness of the α platelets in the fusion zone. This PWHT consists mainly in a treatment in the β field followed by a controlled cooling rate. However, even if the PWHT applied on the β annealed and welded material lead to a thickening of the α platelets and improve the crack propagation resistance in the fusion zone, a strong enlargement of the prior β grain in the base metal is responsible of low tensile properties. That is why, a PWHT applied on the α-β annealed material is considered in order to homogenize simultaneously the microstructure in both fusion zone and base metal and improve the mechanical in the entire welded plate. Results obtained from the Charpy tests underline that the PWHT applied on the α-β annealed and welded material lead to homogeneous fracture energies in the plate, and to an higher fracture energy after PWHT than the one in the fusion zone of the β annealed material, which fulfill the initial industrial goal. An important anisotropy of the mechanical properties as well as important fluctuations of these properties in t he thickness of the plates has also been observed. The EBSD analyses of the crystallographic microtexture revealed the presence of numerous macrozones responsible of the heterogeneities observed for both microstructures.

Ce travail concerne l’étude de l’effet des impuretés sur les phénomènes physico-chimiques apparaissant durant le frittage des kaolins entre 900 et 1600 °C et les propriétés physiques qui en découlent. Le kaolin est utilisé dans le domaine des céramiques : céramique traditionnelle, porcelaine, céramiques réfractaires (mullite, chamotte), porcelaines électrotechniques, etc… Il est d’usage de contrôler la teneur et la nature des impuretés car leur présence peut limiter leurs applications.Sept kaolins ont été choisis pour les impuretés qu’ils contiennent à savoir ;• Feldspaths, quartz et oxydes de fer pour les kaolins de Tamazert (Algérie)• Matières organiques et oxyde de manganèse pour les kaolins de Djebel Debbagh (Algérie).• Matières organiques, oxydes de fer, gibbsite et anatase pour les kaolins des Charentes (France). La kaolinite ou l'halloysite, de même composition, est le minéral majeur dans chaque cas. L'ensemble des matériaux a été réduit par broyage à la taille de 63 μm. Le premier volet de l’étude consiste en une caractérisation physico-chimique des différents kaolins pour identifier et quantifier les principaux minéraux qui les composent. Le second volet concerne la compréhension des transformations thermiques qui se produisent lors du processus de deshydroxylation de la kaolinite (metakaolin) et lors de la formation de la mullite et de la cristobalite à de hautes températures (1600 °C). La microstructure, le retrait, la densification, la porosité sont les principaux paramètres étudiés dans ce volet.Le troisième volet porte sur les propriétés des kaolins lors du frittage à savoir : Les propriétés colorimétriques, mécaniques et diélectriques. L’effet des impuretés ainsi que la microstructure lors du frittage sur ces propriétés (colorimétrique, mécaniques et diélectriques) sont largement développés. Lors du frittage des différents kaolins la taille des cristallites de mullite augmente avec la température. Ces cristallites incorporent les impuretés colorantes tels que Fe2+/Fe3+, Ti4+/Ti2+ et Mn4+/Mn2+ (selon la température), ce qui résulte dans l’augmentation de la chromaticité et la diminution de la clarté à partir de 1100 °C. La transformation de la phase anatase à la phase rutile diminue le paramètre de clarté des kaolins des charentes. La présence de cristobalite dans le cas du kaolin de Djebel Debbagh riche en manganèse participe à l’augmentation de sa clarté au delà de 1400 °C. La présence de feldspath dans les kaolins de Tamazert améliore leurs propriétés diélectriques grâce à la formation de la phase vitreuse. Lors de l’augmentation de la température à1300 °C, ces propriétés augmentent, elles diminuent avec l’augmentation des fréquences (107-109Hz). Les pertes diélectriques sont plus importantes par rapport à celles rencontrées dans les matériaux céramiques (Porcelaines) utilisés dans les diélectriques qui sont en générale <10-3. Une dernière partie est consacrée à l’application d'un kaolin naturellement riche en anatase dans le domaine des porcelaines diélectriques. L’identification et la quantification des phases formées durant le frittage à 1300 °C , la porosité, la microstructure (observée par MEB) et les propriétés mécaniques et diélectriques sont déterminés. La permittivité relative théorique des porcelaines obtenues, calculée en utilisant la règle des mélanges des phases minéralogiques formées est en bon accord avec les valeurs expérimentales trouvées. / This work concerns the study of the effect of impurities on the physico-chemical phenomena occurring duringthe sintering of kaolin between 900 and 1600 °C and the resulting physical properties. Kaolin is used in the field ofceramics: traditional ceramics, porcelain, refractory ceramic (mullite, chamotte), electrotechnical porcelain, etc. ... It iscustomary to control the content and nature of impurities that may limit their applications.Seven kaolin were selected for the impurities they contain namely; Feldspar, quartz and iron oxides in kaolin of Tamazert (Algeria). Organic matters and manganese oxide for kaolin of Djebel debbagh (Algeria). Organic matter, iron oxides, gibbsite and anatase in kaolin of Charentes basin (France).Kaolinite and halloysite, with the same composition, is the major mineral in each case. All the materials werereduced by grinding to the size of 63 μm.The first part of the study consists of physico-chemical characterizations of different kaolin to identify andquantify the major minerals that compose them.The second part concerns the understanding of thermal transformations that occur during the process ofdehydroxylation of kaolinite (metakaolin) and during the formation of mullite and cristobalite at high temperatures(1600 ° C). The microstructure, shrinkage, densification, the porosity are the main parameters studied in this part.The third part deals with the properties of kaolin during sintering where colorimetric, mechanical and dielectricproperties were studied.The effect of impurities and the microstructure during sintering of these properties (color, mechanical anddielectric) are widely developed. During sintering, crystallite size of mullite of different kaolins increases withtemperature. These crystallites incorporate impurities coloring such as Fe2 +/ Fe3 +, Ti4 +/ Ti2 + and Mn4 +/ Mn 2 +(depending on temperature), resulting in the increase of the chromaticity and the decrease in brightness from 1100 ° C.The transformation of anatase to rutile phase decreases the parameter of clarity of the charente kaolin. Presence ofcristobalite in the case of kaolin of Djebel Debbagh (which is rich in manganese) participates to the increase in claritybeyond 1400 ° C. The presence of feldspar in kaolin of Tamazert improves their dielectric properties through theformation of the glassy phase. When increasing the temperature at 1300 ° C, these properties increase. Relativepermittivity of the calcined kaolin decrease with increasing frequency (107-109Hz). The dielectric losses are largercompared to those found in materials used in the dielectric which are in general <10-3.The last part is devoted to the application of kaolin naturally rich in anatase in the field of dielectric porcelain.The identification and quantification of phases formed during sintering at 1300 °C, porosity, microstructure (observedby SEM) and mechanical and dielectric properties are determined. The theoretical relative permittivity obtained bycalculation using a mixing rule of the mineralogical phases formed agrees with the experimental values.

Cette étude a pour but de développer de nouveaux matériaux composites à matrice métallique renforcés par des nanotubes de carbone (CNT) et présentant des propriétés mécaniques améliorées. La majeure partie de ce travail a été réalisée en utilisant des CNT multi-feuillets synthétisés par déposition chimique en phase vapeur en tant que renforts et un alliage d'aluminium AA5083 comme matrice. Des composites CNT/AA5083 denses et homogènes ont été élaborés par le procédé de métallurgie des poudres suivi par une étape de mise en forme, l'extrusion. L'homogénéité de la dispersion des CNT à l'échelle microscopique dans les composites s'avère être un paramètre clé pour l'amélioration des propriétés mécaniques. Ceci a été réalisé par broyage planétaire à haute énergie impliquant des mécanismes de déformation plastique et de soudure à froid et a été démontré à l'aide d'études cartographiques par spectroscopie Raman. La limite d'élasticité, la résistance à la traction et la micro-dureté des composites homogènes ont été augmentées jusqu'à respectivement 55%, 61% et 33% en comparaison avec l'alliage sans CNT et préparé dans les mêmes conditions. Le coefficient de dilatation thermique a été quant à lui réduit de 10%. Les propriétés optimales ont été obtenues pour des concentrations en CNT de 1,5 % en masse. Le renforcement du matériau a été principalement attribué au transfert de charge à l'interface CNT/matrice. / The overall goal of this thesis is to process new metal matrix composites reinforced by CNT with enhanced mechanical properties. The main part of this work was achieved using CVD-grown multi-walled CNT as reinforcement and a high-performance light aluminium alloy, AA5083, as the matrix. Dense and homogeneous CNT/AA5083 composites were processed by the powder metallurgy route, followed by an extrusion forming process. A homogeneous dispersion of the CNT in the composites at the micron scale appears to be a key parameter for improving the mechanical properties. This could be achieved using high energy ball milling through the mechanisms of plastic deformation and cold-welding, and was demonstrated from Raman spectroscopy cartography studies. Yield strength, ultimate tensile strength and micro-hardness of the homogeneous composites were increased by up to 55%, 61% and 33%, with respect to raw alloys processed in the same conditions, and the coefficient of thermal expansion was decreased by 10%. Optimal results were obtained with a CNT con-tent of 1.5 wt.-%. The material strengthening was principally attributed to load transfer at the CNT/matrix interface.

Ce travail de thèse, s'inscrit dans un accord co-tutelle entre l’École Polytechnique de Thiès du Sénégal, et de l'Université de Franche-Comté. Il a été réalisé au Département de Mécanique Appliquée de l'institut FEMO-ST à Besançon (France). [...]L'objectif de cette thèse est de contribuer à la caractérisation du comportement thermo-hygro-mécaniques des fibres libériennes élémentaires issues du chanvre. Les fibres élémentaires testées dans ce travail ont des diamètres extérieurs moyens d'environ 20µm et des longueurs utiles de l'ordre de 10mm. Des essais couplant des chargements mécaniques, hygroscopiques et thermiques sont réalisés afin d'apporter des éléments de compréhension sur le comportement des fibres et de collecter une base de données sur leurs performances mécaniques.Trois types de comportement sont identifiés sur les fibres en traction quasi statique en fluage pour les différents niveaux hygro-thermique testés. Une rigidification de la fibre est révélée sous chargements cycliques progressifs dans des conditions environnementales constantes. Une chute du module d' Young initial de la fibre est remarquée quand l'humidité relative augmente. Une accélération de la vitesse de déformation différée de la fibre est obtenue en fluage lorsque des cycles d'humidité relative sont appliqués. Une baisse des propriétés mécaniques des fibres sous l'effet de la température est également observée. Elle dépend directement du niveau de la durée de l'exposition à la température. / The thesis work joins in the framework in joint supervision between the Polytechnic school in Thies (Sénégal) and the University of Franche-Comté (France)[...]The aim of this thesis is to contribute to the characterization of thermo-hygro-mechanical behaviour of elementary hemp fibres. These fibres used in this work have an average diameter approximately 20µm and useful length of only 10 mm. The méchanical, hygroscopic and thermal coupling testing are realized to provide some understanding of the behaviour of the hemp fibres and to collect details from a database on their mechanical performance.From the uniaxial quasi static tensile tests and creep tests, three categories of behaviours are measured and observed. How ever subject to constant environmental conditions, a fibre hardening is observed under cyclic tensile loading. It was also found that a drop of the initial Young 's modulus of the hemp fibres when the relative humidity gradually increases. Thus, the strain rates measured on the fibres during creep exhibited a speeding up relative humidity cycles are imposed . We found also that the mechanical properties of the fibres decrease under temperature effects. It depends directly on the level and exposure time to temperature

La bande transporteuse est utilisée dans l’industrie pour acheminer de la matière ou des objets dans de multiples domaines d’applications tels que les mines souterraines ou aériennes, les carrières, l’industrie alimentaire, l’industrie agricole ou les supermarchés. Ses composants lui permettent de travailler dans des conditions extrêmement difficiles. L’intérêt est porté sur les bandes transporteuses de mines de fond dont les contraintes de fonctionnement et d’acheminement sont particulières. En effet, la bande est acheminée sur rouleaux et jonctionnée sur le site de l’utilisateur pour former une bande sans fin. La jonction est le point faible de la bande transporteuse car sa résistance représente 50% seulement de la force de rupture nominale de la bande. L’objet de cette étude est de proposer une nouvelle solution de jonctionnement.Après avoir analysé les différentes contraintes mécaniques et chimiques auxquelles la bande transporteuse est soumise, une étude comparative sur les différents types de jonctions a été menée.Il y a les jonctions chimiques et les jonctions mécaniques. Chacune a des avantages et des inconvénients en termes de coût ou de longévité, qui ont été présentés. Dans un troisième temps, une étude a été menée sur la compréhension du comportement de rupture de la jonction mécanique. L’étude sur la jonction a été réalisée à l’aide d’un montage expérimental conçu spécifiquement. L’influence des paramètres de la jonction a pu être évaluée grâce à un nouvel indicateur adimensionnel représentant l’efficacité de la jonction par rapport à la bande normale (Junction Tensile Strength Efficiency : JTSE). Dans un quatrième temps, une étude a été faite sur un système de jonction innovant par couture. La jonction réalisée a été testée sur un banc de traction pour en vérifier l’efficacité, puis des essais ont été effectués sur un banc dynamique pour en étudier la fatigue. La jonction cousue est une innovation qui permet de dégager de nouvelles perspectives dans le jonctionnement des bandes transporteuses. / The conveyor belt is used as a material and object transportation tool in a lot of industries such as underground mines, quarries, food industries, agribusinesses or supermarkets. The studied subject is the underground mine conveyor belt, because of their transportation and use difficult conditions.Indeed, the conveyor belt must be cut to be dispatched using belt reeling and joined afterwards in the underground mine forming an endless belt. However, the junction is the weakest part of the conveyor belt due to the 50% belt weakening. The aim of this study is to propose a new junction solution. After analysing the underground belt mechanical and chemical use conditions, the different junction types have been analysed. A junction advantage and inconvenience comparison has been presented. Then, the junction mechanical behaviour has been studied using an original mechanical setup reproducing the mechanical junction. The different parameter influence has been evaluated using a new adimensional indicator called junction tensile strength efficiency. In the last part, a new junction solution made by a sewn has been explored. The sewn junction tensile efficiency has been tested on a tensile strength machine and its fatigue efficiency has been verified through dynamic tests. New outlines in the conveyor belt joining are open as a result of the sewn junction solution development.

Les nanocomposites présentent des propriétés uniques dont l'origine est sujette à débat. Dans ce travail, nous cherchons à déterminer quel est l'impact de la morphologie de la charge et de son état de distribution sur les propriétés des matériaux. Pour cela, nous avons étendu un modèle théorique que nous résolvons numériquement.Nous avons étudié l'effet de la distribution des charges dans la matrice. Nous montrons qu'un état de distribution fortement hétérogène conduit à un renforcement plus important qui s'étend dans une plus large gamme de températures, mais augmente aussi la dissipation d'énergie. Ensuite, nous étudions l'effet de la structure des charges. Des particules parfaitement sphériques sont comparées à des agrégats fractals plus ou moins finement définis. Nous montrons que des objets finement définis peuvent s'imbriquer au sein de la matrice et conduisent à une augmentation du renfort et de la dissipation dans ces matériaux.Puis, nous étudions la réponse de nos systèmes lorsqu'ils sont soumis à une première élongation de forte amplitude. Nous montrons alors qu'un système hétérogène se plastifie localement progressivement au cours de la déformation alors qu'un système homogène présente une plastification catastrophique généralisée à partir d'une déformation critique. Enfin dans une dernière partie nous évaluons la possibilité d'étendre le modèle afin de simuler l'endommagement des nanocomposites. Nous introduisons pour cela un critère rupture local afin de prendre en compte l'endommagement du polymère entre les charges. Nous étudions ensuite comment se comportent les matériaux simulés en faisant varier la morphologie de la charge, son état de distribution et son taux.Ce travail constitue la première étude systématique de l'effet de la morphologie et de la distribution des charges sur les propriétés mécaniques des nanocomposites. Nous montrons que ces paramètres peu contrôlés sont pourtant des paramètres clés et peuvent servir à optimiser les propriétés d’usage d'un nanocomposite / Nano-filled elastomer composites are used in a very broad range of applications such as tires, damping materials and impact modifiers. The addition of nanoscale rigid particles in a polymer matrix induces nonlinear effects that are not yet fully understood far above the glass transition temperature of the pure matrix. A model of the reinforcement of nanocomposites based on the reduced mobility of the polymer confined between two spherical filler particles has been developed over the last ten years. In order to study the influence of the filler shape, structure, size, and dispersion state, we have extended the model were the morphology of the fillers is defined explicitly as spherical particles aggregated in the polymer matrix. The model is then solved by mesoscale numerical simulation in order to describe the mechanical properties of the nanocomposite. We study the mechanical response of nanocomposite filled with aggregates of different shapes and distribution state to deformations of various amplitudes in the reinforcement regime. We show that the mechanical behavior of nanocomposites strongly depends on the filler morphology and we propose that stress-relaxation mechanisms in the material are related to the disorder (particle size, aggregation number, distribution state) in the filler population. In a second part of this work, we study the mechanical response at larger amplitude in both a non-destructive and destructive regime. For that matter, the model has been extended in order to account for damaging of the polymer between filler particles.Our model opens the path for the development of systems with tailored properties by adjusting the fillers morphology and distribution.

La peau est l’organe le plus grand du corps humain et représente ~10% de la masse corporelle. La bonne qualité de son état et de ses fonctionnalités est primordiale pour la santé d’un individu. La sécheresse cutanée constitue un phénomène commun dans différents dysfonctionnements physiopathologiques. Grâce à ses propriétés de protection de l’organisme vis-à-vis de son environnement, le stratum corneum (SC) est considéré comme le principal élément contrôlant l’hydratation. Ce travail de thèse, associant des développements techniques et méthodologiques, a conduit à la mise en évidence par microspectroscopie Raman confocale, des mécanismes moléculaires impliqués dans les phénomènes de sécheresse cutanée. Le lien moléculaire entre hydratation et stress mécanique du SC ex vivo est décrit de manière approfondie impliquant lipides et protéines tissulaires. Ces travaux ont également porté sur la caractérisation des modifications supramoléculaires responsables des déformations du SC sous stress mécanique. En parallèle, ce travail illustre l’intérêt des spectroscopies vibrationnelles comme outil d’évaluation des mécanismes d’action des produits hydratants.Le caractère non-invasif de la spectroscopie Raman a permis d’exploiter les fortes potentialités de cette technique en transposant in vivo l’utilisation des descripteurs spectraux obtenus ex vivo. Ainsi, nous avons développé une approche in vivo couplant la spectroscopie Raman et la méthode des moindres carrés partiels (PLS) pour la quantification indirecte de différents paramètres physico-chimiques et fonctionnels du SC y compris les lipides et l’eau conduisant à une caractérisation globale du statut physiopathologique du SC. / The skin is the largest organ of the human body, accounting for ~10% of the body weight. The quality of its state and functionality is essential for the human health. Dry skin is a common phenomenon in various physiopathological dysfunctions. The uppermost layer of the skin, the stratum corneum assumes the first barrier between organism and environment, it is thus considered as the main element controlling skin hydration. This work, combining technical and methodological developments, led to highlight the molecular mechanisms involved in skin dryness phenomena by confocal Raman microspectroscopy. The molecular link between hydration and mechanical stress of SC ex vivo is described in detail involving lipids and proteins. This work has also focused on the characterization of supramolecular changes related to the deformations of the SC under mechanical stress. In parallel, this work illustrates the effectiveness of vibrational spectroscopy for evaluation of moisturizers mechanisms of action. The non-invasive nature of Raman spectroscopy allowed exploiting the high potential of this technique by transposing spectral descriptors obtained ex vivo to in vivo. Thus, we developed an in vivo approach coupling Raman spectroscopy and partial least squares method (PLS) for indirect quantification of different physico-chemical and functional parameters including the SC lipids and water leading to an overall characterization of the SC physiopathological status.

Dans un bâtiment, les déperditions thermiques proviennent de diverses parties opaques (mur, toit et plancher) qui peuvent contenir du béton. Il est donc intéressant d'envisager des formulations de béton de structure avec des propriétés d'isolation thermique améliorées. L'utilisation de granulats légers, qui possèdent de bonnes propriétés thermiques grâce à leur structure poreuse, peut être une solution pour améliorer la capacité d'isolation des éléments en béton. Cette technique d'isolation répartie peut permettre d'éviter des dispositifs constructifs lourds tout en répondant aux exigences de la RT 2012. La présente étude a pour objectif d'optimiser le couple performance mécanique - capacité isolante des bétons de granulats légers. Elle repose sur une double approche expérimentale et numérique.Les bétons de granulats légers ciblés ont une masse volumique inférieure à 1500 kg/m3 et une résistance en compression supérieure à 25 MPa. L'influence de la nature des granulats légers, du taux de substitution du sable alluvionnaire par du sable léger, du rapport E/C et de l'ajout de fumée de silice sur les performances mécaniques et thermiques des bétons est étudiée afin de proposer des formulations adéquates pour une large gamme d'usage structurel. Le module d'Young, la résistance en compression, la conductivité thermique et la diffusivité sont mesurées sur 25 formulations de bétons de granulats légers. Le comportement thermique de ces différents bétons en fonction de facteurs climatiques, comme la température et le degré d'humidité est aussi examiné afin d'optimiser leurs propriétés d'isolation thermique. L'ensemble des résultats expérimentaux permet une meilleure compréhension de la relation entre la formulation des bétons de granulats légers et leur rapport performance mécanique / pouvoir isolant. En s'appuyant sur certaines mesures expérimentales, des modélisations numériques reposant sur des techniques d'homogénéisation permettent d'identifier des propriétés thermiques (conductivité thermique, chaleur spécifique) et mécaniques (module d'Young, résistance à la rupture) des granulats légers (gravillons et sables) difficilement mesurables expérimentalement. Connaissant les propriétés thermiques et mécaniques des différents constituants, des modélisations prédictives des comportements macroscopiques des bétons légers sont développées à partir de schémas d'homogénéisation pour des matériaux multi-phases polydisperses. Les outils développés sont comparés et validés par confrontation aux mesures expérimentales pour les différentes familles de bétons de granulats légers étudiés. Ils permettront par la suite d'alléger les coûts et délais des campagnes expérimentales de mise au point des formulations. La modélisation, sur une année, des transferts thermiques à travers une enveloppe de bâtiment en béton de granulats légers permet de quantifier l'amélioration des performances thermiques des bétons de granulats légers par rapport à un béton classique. / In a building, heat is lost through a variety of surfaces (wall, roof and floor) that may contain concrete. It is therefore useful to consider alternative concrete structures with improved thermal insulation properties. The use of lightweight aggregates, which have good thermal properties due to their porous structure, can present a solution for improving the insulation capacity of the concrete elements. This embedded insulation technique allows lighter construction systems while satisfying the requirements of the RT 2012. This study aims to optimize the mechanical performance/insulating capacity coupling of lightweight aggregate concrete. It is based on a double approach of experimental and numerical analysis.The targeted lightweight aggregate concretes have a density lower than 1500 kg/m3 and a compressive strength higher than 25 MPa. The influence of the lightweight aggregate nature, the rate of substitution of alluvial sand by lightweight sand, W/C ratio and the addition of silica fume on the mechanical and thermal performances of concrete is studied. This allows to identify formulations suitable for a wide range of structural applications. Young's modulus, compressive strength, thermal conductivity and diffusivity are measured on 25 formulations of lightweight aggregate concrete. The thermal behavior of these concretes, including sensible and latent heat transfer, is also examined in order to optimize their thermal insulation properties. The experimental results provide a better understanding of the relationship between the formulation of lightweight aggregate concrete and the mechanical performance to insulating capacity ratio. Based on some experimental measurements, numerical modeling is carried out in order to identify the thermal properties (thermal conductivity, specific heat) and mechanical properties (Young's modulus, fracture strength) of lightweight aggregates (gravel and sand) which are difficult to measure experimentally. Homogenization methods for two phase materials are used for this purpose. By knowing the thermal and mechanical properties of different components, the predictive modeling of the macroscopic behavior of lightweight concrete can be developed from homogenization schemes for multi-phase polydisperse materials. The analytical methods developed are validated by comparison with experimental measurements for the different families of lightweight aggregate concrete studied. They will eventually alleviate the costs and delays of the experimental analysis. The heat transfer over a year through the building envelope made of lightweight concrete is modeled in order to quantify the improvement in thermal performance of lightweight aggregate concrete compared to normal concrete.