L’objectif de cette thèse est de proposer une stratégie simplifiée et précise pour caractériser et modéliser le comportement mécanique des polymères amorphes de l'état quasi-fluide à l'état solide.L'étude a été réalisée sur des PMMA de masses molaires et de degré de réticulations différentes.D’abord, le comportement mécanique dans le domaine viscoélastique linéaire est étudié à l'aide de tests DMTA et rhéologiques. Il ressort de l’étude que l'augmentation de la masse molaire et du degré de réticulation augmentait les modules de stockage et de perte en tant que la transition α. En parallèle, l'utilisation du principe de superposition temps-température a permis de déterminer «des vitesses de déformation équivalentes à la température de référence».Ensuite, le comportement mécanique à grande déformation est étudié par essais cycliques en traction uni-axial et de cisaillement à haute température et couplés à la DIC. De plus, les effets de la vitesse de déformation et de la température ont été couplés grâce à "vitesse de déformation équivalent à la température de référence" extrait des observations dans le domaine linéaire. Les résultats ont montré que cibler la même vitesse de déformation équivalente conduira aux mêmes courbes contrainte-déformation, c'est-à-dire la même réponse mécanique. Ceci permet de réduire le nombre de tests expérimentaux nécessaires pour caractériser le comportement mécanique des polymères amorphes.Enfin, un modèle basée dans un cadre thermodynamique a été utilisée pour reproduire la réponse mécanique des PMMAs à grande déformation. Le modèle présentait un bon accord avec les données expérimentales, étant capable de reproduire des comportements visco-élasto-plastiques, viscoélastiques, hyperélastiques et visco-hyperelastiques pour la traction cyclique. / The present PhD thesis proposes a simplified and accurate strategy for characterising and modelling the mechanical behaviour of amorphous polymers from the quasi-fluid state up to the solid state.The study was carried out on PMMAs with different molar masses and crosslinking degree.First, we addressed the mechanical behaviour in the linear viscoelastic domain using DMTA and rheological tests. Results showed that increasing the molar mas and crosslinking degree increased the elastic and loss moduli as the α-transition. In parallel, using the time-temperature superposition principle allowed determining “equivalent strain rates at reference temperature”.Then, we performed uniaxial tensile and shear uploading-unloading tests at high temperature and coupled with DIC, to characterise the mechanical behaviour at large strain. Additionally, strain rate and temperature effects were coupled by means of the “equivalent strain rate at reference temperature” extracted from observations in the linear domain. Results showed that targeting the same equivalent strain rate lead to the same stress-strain curves, i.e. same mechanical response. This allows reducing the number of experimental tests needed to characterise the mechanical behaviour of amorphous polymers.Finally, a constitutive modelling based in a thermodynamics framework, was used to reproduce the mechanical response of the PMMAs at large deformation. The model presented a good agreement with the experimental data, being able to reproduce viscoelastoplastic, viscoelastic, hyperelastic and viscohyperelastic behaviours for cyclic loading tensile.

Le programme de recherche développé dans le cadre de cette thèse a pour principal objectif de concevoir, réaliser et valider une méthodologie d'étude des effets du vieillissement des interfaces collées, basée sur l'utilisation d'un dispositif de fluage innovant pouvant être couplé à un vieillissement hygrothermique. Celui-ci reprend la configuration classique de joint à double recouvrement mais permet de solliciter sous charge constante l'assemblage collé béton/composite. Il présente de plus certaines spécificités (zones de joint non sollicitées, compatibilité avec une machine d'essai à simple recouvrement existante,...) qui permettent de recueillir un grand nombre de résultat expérimentaux complémentaires. En premier lieux, nos travaux présentent une synthèse bibliographique retraçant le contexte du renforcement par composites collés et précisant les principaux mécanismes physico-chimiques susceptibles d'affecter la durabilité des adhésifs. Le manuscrit décrit ensuite les travaux expérimentaux menés pour étudier le comportement mécanique et physico-chimique des deux adhésifs sélectionnés pour la réalisation des joints collés béton/composites. Finalement, une approche prédictive basée sur i) des tests de fluage thermo-stimulés, ii) sur l'application du Principe de Superposition Temps-Température et iii) sur l'utilisation du modèle rhéologique de Burger, a permis de proposer un modèle de fluage non linéaire pour chacun des deux systèmes de colle. La seconde partie des travaux expérimentaux concerne la conception et la validation d'un dispositif innovant destiné à la caractérisation du comportement en fluage des interfaces collées béton/composite. Un élément important du cahier des charges de ce dispositif était d'en limiter l'encombrement, de sorte qu'il soit possible de tester plusieurs corps d'épreuve dans une chambre climatique au volume réduit, en vue d'étudier les effets synergiques du fluage et du vieillissement environnemental sur la durabilité des joints collés. Dans ce contexte, un prototype capable de solliciter en fluage trois corps d'épreuves à double recouvrement réalisés avec le procédé de renforcement Sika®Carbodur®S et connectés sur un unique circuit hydraulique, a été conçu et réalisé. Les résultats issus du prototype ont permis de le valider, en vérifiant notamment le maintient dans le temps de la charge appliquée, et le comportement symétrique des corps d'épreuve à double recouvrement. Le comportement mécanique des interfaces collées s'est révélé répétable, symétrique et conforme aux diverses modélisations réalisées, soit en calculant la réponse instantanée de l'interface au moyen d'un logiciel aux Eléments Finis (E.F.) ou à partir du modèle analytique de Volkersen, soit en calculant la réponse différée de l'interface en intégrant le modèle de fluage non linéaire de l'adhésif identifié précédemment dans le calcul aux E.F.. La dernière partie des travaux présentés dans le manuscrit concerne la réalisation d'un banc complet de fluage impliquant 14 corps d'épreuves à double recouvrement. Ces corps d'épreuve sont réalisés pour moitié avec le système de renforcement Sika®Carbodur®S et pour l'autre moitié avec le système Compodex. Le banc de fluage est installé dans la salle de vieillissement hygrothermique du Département Laboratoire d'Autun (40°C ; 95% H.R.). Tous les corps d'épreuves sont sollicités en fluage par un système de chargement alimenté par un circuit hydraulique similaire à celui utilisé pour le prototype, mais complété par une centrale hydraulique régulant la pression à partir de la mesure d'un capteur de pression. Pour compléter ces caractérisations sur interfaces collées, des essais de vieillissement sont également menés sur des éprouvettes d'adhésifs massiques stockées dans la salle climatique, certaines d'entre elles étant simultanément soumises à des sollicitations de fluage

Le programme de recherche développé dans le cadre de cette thèse a pour principal objectif de concevoir, réaliser et valider une méthodologie d'étude des effets du vieillissement des interfaces collées, basée sur l'utilisation d'un dispositif de fluage innovant pouvant être couplé à un vieillissement hygrothermique. Celui-ci reprend la configuration classique de joint à double recouvrement mais permet de solliciter sous charge constante l'assemblage collé béton/composite. Il présente de plus certaines spécificités (zones de joint non sollicitées, compatibilité avec une machine d'essai à simple recouvrement existante,...) qui permettent de recueillir un grand nombre de résultat expérimentaux complémentaires. En premier lieux, nos travaux présentent une synthèse bibliographique retraçant le contexte du renforcement par composites collés et précisant les principaux mécanismes physico-chimiques susceptibles d'affecter la durabilité des adhésifs. Le manuscrit décrit ensuite les travaux expérimentaux menés pour étudier le comportement mécanique et physico-chimique des deux adhésifs sélectionnés pour la réalisation des joints collés béton/composites. Finalement, une approche prédictive basée sur i) des tests de fluage thermo-stimulés, ii) sur l'application du Principe de Superposition Temps-Température et iii) sur l'utilisation du modèle rhéologique de Burger, a permis de proposer un modèle de fluage non linéaire pour chacun des deux systèmes de colle. La seconde partie des travaux expérimentaux concerne la conception et la validation d'un dispositif innovant destiné à la caractérisation du comportement en fluage des interfaces collées béton/composite. Un élément important du cahier des charges de ce dispositif était d'en limiter l'encombrement, de sorte qu'il soit possible de tester plusieurs corps d'épreuve dans une chambre climatique au volume réduit, en vue d'étudier les effets synergiques du fluage et du vieillissement environnemental sur la durabilité des joints collés. Dans ce contexte, un prototype capable de solliciter en fluage trois corps d'épreuves à double recouvrement réalisés avec le procédé de renforcement Sika®Carbodur®S et connectés sur un unique circuit hydraulique, a été conçu et réalisé. Les résultats issus du prototype ont permis de le valider, en vérifiant notamment le maintient dans le temps de la charge appliquée, et le comportement symétrique des corps d'épreuve à double recouvrement. Le comportement mécanique des interfaces collées s'est révélé répétable, symétrique et conforme aux diverses modélisations réalisées, soit en calculant la réponse instantanée de l'interface au moyen d'un logiciel aux Eléments Finis (E.F.) ou à partir du modèle analytique de Volkersen, soit en calculant la réponse différée de l'interface en intégrant le modèle de fluage non linéaire de l'adhésif identifié précédemment dans le calcul aux E.F.. La dernière partie des travaux présentés dans le manuscrit concerne la réalisation d'un banc complet de fluage impliquant 14 corps d'épreuves à double recouvrement. Ces corps d'épreuve sont réalisés pour moitié avec le système de renforcement Sika®Carbodur®S et pour l'autre moitié avec le système Compodex. Le banc de fluage est installé dans la salle de vieillissement hygrothermique du Département Laboratoire d'Autun (40°C ; 95% H.R.). Tous les corps d'épreuves sont sollicités en fluage par un système de chargement alimenté par un circuit hydraulique similaire à celui utilisé pour le prototype, mais complété par une centrale hydraulique régulant la pression à partir de la mesure d'un capteur de pression. Pour compléter ces caractérisations sur interfaces collées, des essais de vieillissement sont également menés sur des éprouvettes d'adhésifs massiques stockées dans la salle climatique, certaines d'entre elles étant simultanément soumises à des sollicitations de fluage / The main objective of the present research is to design, realize and validate a methodology for studying ageing of bonded interfaces, based on the development of an innovative experimental creep device that can be coupled to hydrothermal aging. This device is based on the double-lap joint shear test configuration and enables to apply a constant load to the bonded assembly. In addition, this device combines other complementary features (unsolicited bonded joint zones, compatibility with an existing single lap shear test machine ...) that allows collecting useful complementary data. First, our work presents a literature review outlining the context of strengthening by bonded composite and specifying the main physicochemical mechanisms that may affect the durability of adhesive joints. Then, the manuscript describes the experimental characterizations carried out to assess both mechanical and physicochemical behaviors of the two adhesives selected for this study and which will be used to bond the composite on RC specimens in a later stage. Finally, a predictive approach based on i) thermo-stimulated creep tests, ii) on the application of the Time-Temperature-Superposition Principle and iii) on the use of the Burger's rheological model, allowed us to propose a non-linear creep model for each of the two adhesive systems. The second part of the experimental work is devoted to the design and validation of an innovative device for characterizing the creep behavior of concrete / composite adhesively bonded interfaces. An important requirement in the specifications was to reduce the size of the experimental device, so that several test specimens could be installed in a climatic room of limited volume, in order to study the synergistic effects of creep and hydrothermal ageing on the joint durability. In this line, a prototype involving three double-shear test-specimens loaded by flat jacks actuated by a centralized hydraulic system, was designed and realized (test-specimens were prepared using the Sika®Carbodur® S strengthening system). Collected data made it possible to validate the creep setup, by checking the constancy of the applied load over time, and the symmetrical behavior of the double lap shear test bodies. The mechanical behavior of the bonded interfaces was found to be repeatable, symmetrical and in a fair agreement with numerical and analytical modeling, done either by calculating the instantaneous response of the interface using a finite element (FE) approach and the analytical Völkersen's model, or by simulating the delayed creep response of the interface using a FE model in which the non-linear creep behavior of the adhesive layer had been implemented. The last chapter of the manuscript presents the realization of a full-scale creep setup involving fourteen double lap test specimens. Half of the test specimens were strengthened with Sika®Carbodur ® S and the other half with Compodex® C12 reinforcing composite system. This creep setup was installed in the climatic room of the Département Laboratoire d'Autun (40°C, 95% R.H.). Test specimens are creep loaded thanks to flat jacks powered by a hydraulic system similar to that used in the prototype, but supplemented by an electronic station that ensures pressure regulation in the circuit, based on the measurements of a pressure sensor. Beside these characterizations of bonded interfaces, complementary tests are also conducted on samples of the buk adhesive material stored in the climatic room, some of these samples being simultaneously subjected to creep loading

L'utilisation des matériaux cellulaires à base de polymères type mousse gagne de plus en plus de terrain, notamment pour l'absorption acoustique. L'objectif de ce travail est de présenter de nouvelles approches pour la caractérisation de ces matériaux.<br /> Diverses méthodes ont été développées afin de caractériser ces matériaux, en particulier leur domaine linéaire, zone privilégiée pour l'absorption acoustique et la détermination des paramètres mécaniques courants. Cependant ces caractérisations restent souvent limitées à une faible plage fréquentielle. Une première étude présente ici le comportement linéaire sur une large gamme de fréquences grâce à l'application du principe de Superposition Temps-Température (TTS). L'utilisation du TTS sur une famille de mousses obtenues avec le même polymère, de même densité, mais dont la taille des pores est différente, met en évidence deux aspects importants: seulement 3 % du squelette solide participe à la transmission de la contrainte, et le module élastique à fréquence nulle décroît avec la taille des pores.<br /> Les mousses de polymères sont certes souvent utilisées dans leur domaine linéaire, mais leur comportement mécanique diffère à de plus forts niveaux de déformation. Les courbes en contrainte-déformation présentent un comportement en hystérésis, avec trois zones de comportement distinctes (linéaire, flambement et densification). Il existe d'autres phénomènes en hystérésis qui ont été plus simplement modélisés, par exemple à l'aide de la théorie de Preisach-Krasnoselskii-Mayergoyz (PKM) issue du magnétisme. Une seconde partie de ce travail présente une nouvelle extension de cette théorie PKM aux mousses de polymères réticulés à cellules ouvertes, soumises à de grandes déformations: nous pouvons ainsi modéliser l'hystérésis observée expérimentalement, à partir d'une distribution d'hysterons microscopiques contenus dans un espace de Preisach-Mayergoyz.<br /> Dans une troisième partie, l'influence de l'histoire passée des contraintes sur la mesure des paramètres mécaniques d'une mousse est étudiée, et plus particulièrement la rhéologie de ces mousses dans le cadre de la relaxation de compression, en distinguant deux mécanismes, l'un en zone linéaire de chargement et l'autre en dehors. Liée à l'histoire des contraintes passées, ce second mécanisme de relaxation permet la réduction des contraintes par réarrangement topologique des poutres de la mousse.