Ce travail porte sur l'identification de modèles de zones cohésives. Ces modèles, proposés initialement dans les années 60 sont maintenant de intensivement utilisés dans les simulations numériques pour rendre compte de l'initiation et de la propagation de fissures pour différents matériaux et structures.L'identification de ces modèles reste encore aujourd'hui une problématique délicate. Les développements récents de techniques d'imagerie permettent d'accéder à des champs de mesures locales (e.g. déformation et température, …). On se propose dans ce travail d'utiliser la richesse des informations issues de ces techniques d'imagerie pour mettre en place une procédure d'identification qui prenne en compte à la fois le développement de la localisation (effet de structure) mais aussi la nature des différentes irréversibilités mises en jeu (comportement thermo-mécanique). On s'intéresse à des comportements élasto-plastiques endommageables de matériaux ductiles. L'endommagement est associé à un comportement cohésif de l'interface entre les éléments volumiques supposés purement élasto-plastiques.La procédure d'identification comporte deux étapes. La première consiste à caractériser la forme et les paramètres de la loi cohésive sur des essais de traction standard à partir d'une analyse des champs mécaniques localement développés. La seconde étape consiste à vérifier la cohérence thermo-mécanique du modèle identifié en confrontant les mesures calorimétriques déduites des champs de température avec les prévisions du modèle identifié.Cette méthode est appliquée avec succès sur différents matériaux (acier Dual Phase et cuivre). Une attention particulière est portée sur la caractérisation de la longueur caractéristique qui est nécessairement introduite dans l'identification. On montre que cette longueur peut être estimée au regard des différents paramètres introduits dans les traitements d'images.Cette méthode est appliquée sur différents matériaux (acier et cuivre). Une attention particulière est portée sur la caractérisation de la longueur caractéristique qui est nécessairement introduite dans l'identification. On montre que cette longueur peut-être corrélée à l'échelle d'identification des processus d'endommagement sous-jacents. Ainsi les modèles cohésifs identifiés sont fournis au modélisateur avec l'échelle physique à laquelle ils résument l'endommagement volumique du matériau. / This work deals with the identification of cohesive zone models. These models were intially proposed in the 1960s. They are now more and more frequently used in numerical simulations to account for crack initiation and propagation in different materials and structures.The identification of these models still remains a delicate issue. The recent developments in imaging techniques now allow reaching local measurement fields (e.g. strain, temperature,…). We propose here to use the large amount of information given by these techniques to set up an identification procedure accounting for either the localization development (structural effect) and also the character of the different irreversibility sources encountered (thermo-mechanical behavior). We study damageable elasto-plastic ductile materials. Damage is associated to a cohesive behavior of the interface between volumic elements supposed to remain purely elasto-plastic.The identification procedure involves two steps. The first one consists in characterizing the shape and the parameters of the cohesive zone on tensile tests by analyzing the mechanical fields locally developed. The second one consists in checking the thermo-mechanical consistency of the identified model by confronting the calorimetric measurements deduced from temperature fields with the previsions of the identified model.This method is applied on different materials (Dual Phase steel and copper). A specific caution is conferred to the characterization of the characteristic length necessarily introduced by the identification. It is shown that this length can be estimated regarding the different parameters introduced in the image processing.

Cette thèse porte sur le diagnostic de peintures murales masquées par une couche de chaux ou de peintures avec des repeints.Trois méthodes originales sont présentées et le principe validé expérimentalement.D’abord une nouvelle méthode d’excitation de couches profondes par le rayonnement infrarouge lointain λ>20 μm, qui présente une meilleure efficacité par rapport à la méthode classique d’excitation par conduction thermique. Le fait de filtrer les courtes longueurs d’onde élimine l’échauffement en surface du matériau. La semi-transparence de la couche de chaux dans l’infrarouge lointain permet d’éclairer directement les couches de peintures et d’obtenir des thermogrammes révélant les motifs masqués.Nous avons aussi étudié la transmission des couches de peintures dans l’infrarouge lointain par spectrométrie à transformée de Fourier. Les peintures présentent vers 30 μm dans l’infrarouge lointain des zones d’absorption caractéristiques des groupements fonctionnels. Aussi la mesure directe de l’emission totale dans l’infrarouge lointain à température ambiante de peintures permet leur identification. Nous avons conçu un système qui pourrait être déplacé sur le terrain.Nous avons enfin introduit une nouvelle approche pour le diagnostic des peintures murales masquées par une couche de chaux basée sur la mesure du temps de vol des photons balistiques rétrodiffusés collectés par une caméra à balayage de fente d’une résolution de 2 ps. / This study deals with the diagnosis of hidden paintings by a layer of lime or another paintings.Three original methods are presented and experimentally validated the principle. First, a new excitation method of the deeper layers based on far infrared radiation λ>20 μm, which has a higher efficiency compared to the conventional method of thermal conduction excitement. The fact that the filter removes short wavelength in the heating surface of the material. The semi-transparent layer of lime in the far infrared can illuminate layers of paint directly and get thermograms revealing hidden patterns.We also studied the transmission of the layers of paint in the far infrared by Fourier transform spectroscopy. The painting present in the far infrared 30> μm areas obsorption witch caracteristic of functional groups. Also the measurement of total emission in the far infrared at room temperature allows their identification.Finally, we introduced a new approach for diagnosing murals hidden by a layer of lime based on measuring the time of flight of photons backscattered ballistic collected by a streak camera with a resolution of 2 ps.

Ce mémoire aborde la question de la production d’observables intrinsèques au comportement thermomécanique des matériaux pour mieux en formuler les lois d’états. Ces observables sont les sources de chaleur thermomécaniques, activées par sollicitation mécanique. Ces sources peuvent être reconstruites dans l’espace et le temps par inversion de mesures de champs de température obtenus par thermographie IR. Nous présentons essentiellement deux méthodes développées lors de ce travail de thèse qui reposent sur des approches spectrales réduites (dont la décomposition sur Modes de Branche) et des inversions séquentielles (méthode de Beck) ou itératives (Gradient Conjugué). Concernant cette dernière, nous proposons d’y adjoindre une régularisation efficace en s’inspirant de techniques de filtrage par TSVD. S’agissant de matériaux sujets aux instabilités plastiques (PolyEthylène Haute Densité) pour lesquels les vitesses locales peuvent être non négligeables, l’inversion des mesures en température nécessite que l’on considère un opérateur d’advection-diffusion, qui impose alors l’apport d’une connaissance supplémentaire : le champ de vitesses locales. Celui-ci est mesuré par corrélation d’images 3D et nous détaillons le travail expérimental mené ainsi que les résultats obtenus sur des essais de traction pilotés par vidéo-extensométrie. Nous montrons que pour des essais quasi-statiques à vitesses relativement élevées, les effets d’advection sont généralement négligeables. Nous montrons également en quoi la richesse des informations thermomécaniques (Sources) et cinématiques (Taux de déformation, vitesses) permet de mieux comprendre la dynamique de l’instabilité plastique. Enfin nous critiquons les résultats obtenus sur la reconstruction de source par confrontation des deux algorithmes développés et par une analyse physique des phénomènes observés / This work concerns the way intrinsic observables can be produced, which are related to the thermomechanical behavior of materials and necessary for better formulation of state laws. These observables are Thermomechanical Heat Sources (THS) which are activated through mechanical excitation. These sources can be reconstructed both in space and time by the inversion of measured temperature fields obtained through IR thermography. We develop two main methods in this work which rely on spectral reduced approaches (one of them being the decomposition on Branch Modes) and both on a sequential inversion (Beck’s method) and an iterative one (Conjugated Gradient). Regarding the latter, we suggest to combine the standard approach with an efficient regularization method which comes from the filtering techniques based on TSVD. As we are concerned with materials which can be subjected to plastic instabilities (High Density PolyEthylene) for which local velocities of matter displacement can be non negligible, the inversion of the measurements must be performed with the advection-diffusion operator of heat transfer. It is then necessary to obtained additional knowledge: the velocity field. This one is measured by 3D Digital Image Correlation and we detail the experimental work we have carried out, which are based on tensile tests monitored with video-extensometry. We show that for quasi-static tests at relatively high strain rates, the advective effects are generally negligible. We also show the richness of the information brought by this dual thermomechanical (heat sources) and kinematical (strain-rates, velocities) information. It allows for a better understanding of the plastic instability (necking) dynamics. Lastly, we criticize the obtained results on THS reconstruction by the confrontation between the two algorithms and by a physical analysis of the observed phenomena

Ces travaux traitent de l'utilisation de la thermographie infrarouge dans le cadre du contrôle non destructif des ouvrages de génie civil.Une première partie, traite de l’étude des paramètres influençant la mesure in situ, de la capacité de la technique à détecter la variation de propriétés intrinsèques au matériau, et de la détection de délaminations. Les résultats présentés sont issus de mesures expérimentales appuyées par une approche numérique aux éléments finis. Dans un premier temps, une étude sur la capacité de la thermographie infrarouge à détecter des variations de porosité ou de teneur en eau a été réalisée. Dans un second temps, des travaux sont menés sur la détermination des seuils de détection des délaminations en fonction des conditions d’exposition. Ils ont montré un seuil de détection correspondant à un rapport de 2, entre l’extension latérale du défaut et sa profondeur, pour un ensoleillement direct, et à un rapport de 3,3 pour un ouvrage soumis uniquement aux variations de température de l’air. La réalisation d’un suivi temporel combiné à l’étude de l’évolution des gradients temporels de température permet d’améliorer ces seuils de détection. Enfin, une étude originale sur le pontage présent au niveau des délaminations, a montré la prédominance de l’influence de celui‐ci sur la profondeur des délaminations.Une deuxième partie porte sur les travaux réalisés dans le cadre du projet ANR‐SENSO. Ils traitent de la combinaison des résultats issus de différentes techniques de CND dans le cadre plus large de l'amélioration des diagnostics pour la gestion du patrimoine. / This thesis focuses on the use of infrared thermography as a tool for non destructive testing ofbuildings. Mainly, the application is on civil engineering projects.The first part includes identifying the parameters that can affect this in situ technique. Thisparticularly deals with the infrared thermography capacity to detect intrinsic property variations, anddelamination detection. Combination of experiments on concrete slabs and numerical simulationsare used. In a first step, a study on the capacity of thermography to detect porosity and watercontent variation was conducted. In a second step a study on the thresholds for detectingdelaminations based on exposure conditions is carried out. As an outcome, the threshold that hasbeen detected corresponds to a ratio of 2 between the lateral extension of the defect and its depthto direct sunlight; while a ratio of 3,3 if it is exposed to air temperature variations. This studysuggests that a time monitoring combined with the study of the evolution of temporal temperaturegradients can improve the detection limits. Finally, an original study showed the predominance ofthe influence of bridging on the depth of delamination.The second part tackles the works carried out during the ANR project SENSO. Results fromdifferent non destructive tools were coupled for the purpose of improving diagnosis in the assetmanagement.

Les travaux que nous avons menés concernent la modélisation de l’interaction laser-matière couplée à de la thermographie infrarouge, pour la détection de défauts débouchants et sous-jacents dans des matériaux métalliques. A terme, ce procédé de thermographie se veut être une alternative possible à la magnétoscopie et au ressuage dans le domaine des contrôles non destructifs. Ces travaux se sont déroulés en trois phases. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés à la caractérisation des propriétés optiques et thermophysiques des matériaux, pour alimenter le modèle de simulation numérique mais également pour les besoins des mesures de validation du modèle numérique. La deuxième partie de l’étude a permis la mise en place d’un modèle de simulation numérique représentatif de la réalité avec une approche en deux étapes : une première consistant à calculer des champs de températures éléments finis et une seconde à modéliser la caméra de thermographie infrarouge représentatif de celle utilisée dans le projet. Des solutions innovantes ont été utilisées pour obtenir un modèle qui intègre tous les paramètres, avec des temps de calculs faibles. Ce modèle a été ensuite validé par des mesures comparatives des champs de températures numériques et expérimentaux. Enfin, nous nous sommes appuyés sur ce modèle pour rechercher les paramètres optimaux de ce procédé, grâce à la méthode des plans d’expériences numériques. / The aim of this work is the detection of open and subjacent defects in metallic materials using laser-material interaction coupled with infrared thermography. This process is a possible alternative for magnetic particles testing and dye penetrant testing in the field of non-destructive testing. This work is divided into three main parties. At first, we have been interested in the characterization of optical and thermophysical properties of materials we used, in order to have good boundary conditions and also for the needs of temperatures fields measurements for validation. The second part concern the development of a numerical simulation model with two step approach: the first involves modelling temperature field with finite element method and the second details the infrared camera modelling. Innovative solutions were used to obtain model which integrates all parameters, with low time calculation. After validated temperature field, this model allows us to look for the process optimal parameters through numerical experimental designs.

Les critères de localisation et d’endommagement sont généralement basés sur un cadre dissipatif et ce travail s’intéresse aux couplages thermomécaniques accompagnant les micromécanismes de déformation. Il repose en partie sur des données expérimentales obtenues précédemment dans le laboratoire par Bodelot pour un polycristal d’acier A316L. Ce travail tire profit d'une combinaison de techniques différentes, en particulier de mesures in situ de champs cinématiques et thermiques ainsi que de l’Orientation Imaging Microscopy, de la profilométrie et d’une micrographie de surface. Différents outils ont été développés afin (1) d'identifier automatiquement les systèmes de glissement activés, (2) d’estimer l’émissivité de la surface permettant ainsi une détermination des champs thermiques avec une précision de 30 mK, (3) de projeter les champs bruts expérimentaux sur la microstructure et (4) de permettre la modélisation du polycristal et de ses conditions aux limites thermomécaniques réelles dans un cadre de plasticité cristalline dans le code EF Abaqus. Il a notamment été montré que les variations de température fournissent une estimation précise et aisée de la limite d'élasticité macroscopique ainsi que la détermination de la contrainte de cisaillement critique à l'échelle granulaire. En outre, les mesures cinématiques ont permis l'identification des systèmes de glissement activés. Des bilans énergétiques expérimentaux et numériques ont été réalisés et une grande influence de l'hétérogénéité polycristalline sur les mécanismes de stockage d’énergie a été soulignée. Les méthodes proposées contribueront à améliorer les critères d’endommagement basés sur un cadre dissipatif / Strain localization and damage criteria of materials and structures are commonly based on a dissipative framework and this work investigates the thermomechanical couplings accompanying the deformation micromechanisms. It is partly based on experimental data obtained previously in the laboratory by Bodelot for a A316L austenitic stainless steel polycrystal. This work takes profit of a multi-technique approach combining, in particular, in-situ kinematic and thermal fields measurements as well as Orientation Imaging Microscopy, profilometry and surface micrography. Different tools have been developed (1) to automatically identify the activated slip systems directly from the surface micrography, (2) to approach the surface emissivity field allowing an accurate determination of the thermal fields with a 30 mK precision, (3) to project raw experimental fields on the microstructure and (4) to allow the modeling of the polycrystal aggregate and its real thermomechanical boundary conditions by using a crystal plasticity framework within the Abaqus FE code. It has notably been shown that the temperature variations provides an easy and accurate estimation of the macroscopic yield stress at the specimen scale as well as the determination of the Critical Resolved Shear Stress at the intragranular scale. In addition, the local kinematic measurements allow the in-situ identification of the activated slip systems. Experimental and numerical energy balances have been conducted and a great influence of the polycrystalline heterogeneity on the energy storage mechanism has been underlined. The proposed methods would help improving physical based dissipative criteria for damage analysis

L'objectif de cette thèse est de mener une caractérisation expérimentale complète du comportement mécanique et thermomécanique d'un polyuréthane thermoplastique compact et sous forme moussée, utilisé dans la fabrication de pièces antivibratoires dans l'industrie automobile. Cette caractérisation est effectuée en s'appuyant sur des techniques d'imagerie quantitative, la thermographie infrarouge en particulier. D'un point de vue mécanique, la dépendance des différents phénomènes - effet Mullins, hystérésis mécanique, déformation résiduelle et variation de volume - à la densité initiale et à la vitesse de chargement a été établie. Sur le plan thermique et calorimétrique, la signature de ces différents phénomènes a été caractérisée et les bilans énergétiques menés ont permis d'estimer la dissipation mécanique en fonction des conditions d'essais et de la densité initiale du matériau. Les résultats de ces travaux constituent une base de données expérimentale pour l'identification de paramètres constitutifs et l'enrichissement de lois de comportement. / This PhD thesis deals with the full mechanical and thermomechanical characterization of thermoplastic polyurethane, in its compact and foam states, dedicated to antivibratory systems for automotive. This characterization has been carried out by using quantitative imaging techniques, especially infrared thermography. From a mechanical point of view, the dependency of the different phenomena involved in the material deformation - Mullins effect, mechanical hysteresis, residual deformation and volume change - on the initial density and loading rate has been established. The thermal and calorimetric signature of these phenomena has been characterized and the mechanical dissipation was estimated from energy balances. The results obtained provide an experimental database for the identification of constitutive parameters and the enrichment of behavior laws.

L'objectif de la thèse est d'analyser le comportement mécanique de matériaux granulaires composites bidimensionels en terme de textures granulaires en utilisant deux approches : étude expérimentale par "thermoelastic stress analysis" et étude numérique par dynamique moléculaire. Les systèmes granulaires composites sont préparés à l'aide de cylindres en polyoxyméthylène (POM) et polyéthylène haute densité (PEHD), présentant un rapport de rigidité de 4 entre eux. Différents rapports de diamètres et de nombres de particules sont considérés. Les résultats expérimentaux et numériques sont en bon accord à l'échelle macroscopique. En particulier, le réseau fort (qui est ici caractérisé par des contraintes hydrostatiques supérieures à la valeur moyenne) contient moins de 50% des particules, et présente une distribution décroissance exponentielle quel que soit le type de particules considéré pour l'analyse (particules souples, particules rigides, toutes les particules). De plus, la distribution des contacts entre particules rigides (contacts POM-POM) est anisotrope et tend à s'organiser dans le sens de la direction du chargement extérieur appliqué, tandis que les autres types de contact agissent principalement pour maintenir le système en équilibre. / The main objective of our dissertation is to analyze the mechanical behavior of two-dimensional composite granular materials through the granular textures. Thermoelatic stress analysis experiments and molecular dynamics simulations are used for this purpose. The composite granular systems are prepared from polyoxymethylene (POM) and high-density polyethylene (HDPE) cylinders with a stiffness ratio of about 4 between them. Different configurations in terms of ratios of diameter size and ratio of particle numbers are systematically investigated. Experimental and numerical results are good correlated at the macroscopic scale. In particular the strong network, which is here characterized by hydrostatic stresses higher than the mean value, consists of less than 50% of all particles, and exhibits an exponential decay whatever the type of particles considered for the analysis (soft, stiff, or both types). In addition, the contact distributions between stiff particles (POM-POM contacts) is anisotropic with an effort to arrange parallel to the direction of the external applied load, whereas the other types of contacts just act to sustain the granular system in equilibrium.

Durant cette thèse, les difficultés rencontrées pour la mesure de température de surface des composants métalliques face au plasma dans les tokamaks sont présentés. Les méthodes de thermographie infrarouge nécessitent de connaitre l'émissivité du matériau et la contribution de l'environnent pour les matériaux de faible émissivité. Des méthodes ont été développées afin de s'affranchir de ces difficultés mais elles répondent à des configurations particulières et aucune n'est adaptée pour une mesure de température de surface de matériaux métalliques dans un tokamak.La méthode de pyrométrie active présentée dans cette étude réalise des mesures de température de surface indépendamment du flux réfléchi et de l'émissivité en utilisant l'effet photothermique. La validation de cette technique en laboratoire sur des matériaux métalliques avec un flux réfléchi pour les régimes impulsionnel et modulé s'est accompagnée d'une modélisation de la variation de température induite par l'effet photothermique et de l'évolution temporelle des signaux obtenus pour optimiser les paramètres de la source et de la chaine d'acquisition. Les résultats expérimentaux ont déterminé les domaines d'application en température et en longueur d'onde de détection.Le dimensionnement d'une installation de pyrométrie active sur tokamak avec une caméra infrarouge bicolore a été réalisé pour une mesure de température sans contact.La méthode de pyrométrie active est une technique complémentaire des méthodes classiques utilisées dans le cadre de la thermographie en environnement tokamak qui permet de réaliser des mesures de température de surface locale et 2D indépendantes du flux réfléchi et de l'émissivité. / During this PhD, the challenges on the non-intrusive surface temperature measurements of metallic plasma facing components in tokamaks are reported. Indeed, a precise material emissivity value is needed for classical infrared methods and the environment contribution has to be known particularly for low emissivities materials. Although methods have been developed to overcome these issues, they have been implemented solely for dedicated experiments. In any case, none of these methods are suitable for surface temperature measurement in tokamaks.The active pyrometry introduced in this study allows surface temperature measurements independently of reflected flux and emissivities using pulsed and modulated photothermal effect. This method has been validated in laboratory on metallic materials with reflected fluxes for pulsed and modulated modes. This experimental validation is coupled with a surface temperature variation induced by photothermal effect and temporal signal evolvement modelling in order to optimize both the heating source characteristics and the data acquisition and treatment. The experimental results have been used to determine the application range in temperature and detection wavelengths.In this context, the design of an active pyrometry system on tokamak has been completed, based on a bicolor camera for a thermography application in metallic (or low emissivity) environment.The active pyrometry method introduced in this study is a complementary technique of classical infrared methods used for thermography in tokamak environment which allows performing local and 2D surface temperature measurements independently of reflected fluxes and emissivities.

La thermographie infrarouge est un moyen d'analyse du comportement mécanique des matériaux. Elle a connu un essor considérable depuis les années 80 avec l'apparition des premiers capteurs. Deux techniques principales ont pu être développées ; la calorimétrie quantitative et l'analyse des contraintes par thermoélasticité (TSA en anglais). Jusqu'à aujourd'hui, la majorité des travaux a été réalisée sur les métaux et les polymères. Le présent manuscrit relève le challenge d'appliquer ces techniques aux matériaux verres, en développant une méthodologie de débruitage des films thermiques, permettant de conserver la résolution spatiale des mesures thermiques. Cela permet de caractériser de forts gradients dans des champs de variations de température de faible intensité. Cette méthodologie a été utilisée pour débruiter des films thermiques d'échantillons de verre soumis à un chargement mécanique cyclique. Dans un premier temps, elle a été appliquée pour étudier la réponse thermique d'une empreinte à l'échelle microscopique. Dans un second temps, elle a été utilisée pour remonter à des champs de contraintes et de sources de chaleur à l'échelle macroscopique. Ce travail ouvre de nouvelles perspectives à l'étude du comportement thermomécanique des matériaux fragiles présentant une faible réponse thermique sous sollicitation mécanique et de forts effets de gradients spatiaux. Les applications visées sont la fissuration et l'identification de paramètres constitutifs. / The infrared thermography is used to analyse the mechanical behavior of materials. Since the 80's, it has rised with the appearance of the first sensors. Two principal techniques has been developed; the quantitative calorimetry and the thermoelastic stress analysis (TSA). Until today, most of the works has been carried out on metals and polymers. This manuscript takes-up the challenge of applying these techniques to glassy materials by developing a methodology to denoise infrared movies, which allows to preserve the spatial resolution of the thermal measurement. It allows to caracterise high gradients of low temperature variation fields. This methodology has been used to denoised thermal movies of glass samples submitted to a cyclic mechanical test. In a first time, it has been applied to study the thermal response of an imprint at the microscopic scale. In a second time, stress and heat sources fields have been determined at the macroscopic scale. This work provides new possibilities to study the thermomechanical behavior of brittle materials which present a low thermal response and high spatial gradients under mechanical loading. The target applications are the cracking phenomenom and the identification of constitutive parameters.