Le but de cette thèse est de trouver une méthodologie numérique pour simuler le comportement et la fragmentation des matériaux quasi-fragiles, tels que les roches et le béton, sous sollicitations dynamiques. Une telle méthodologie aidera à une meilleure compréhension des mécanismes de fragmentation des roches à l'explosif et, par conséquent, contribuera dans l'optimisation des performances du tir à l'explosif. Dans cette étude, on considère que le processus de fragmentation est une extension naturelle de celui de la rupture. Afin de décrire ce dernier processus, un modèle de comportement phénoménologique adapté aux matériaux considérés est développé et implémenté dans un code de calcul par éléments finis. Quant à la fragmentation dynamique, elle est traitée par une analyse en post-traitement basée sur l'historique de l'état thermodynamique du matériau. Pour reproduire le comportement macroscopique des matériaux quasi-fragiles incluant l'anisotropie induite par le chargement, la méthode des variables internes basée sur la thermodynamique des milieux continus est employée. Une variable interne de type scalaire est introduite pour modéliser, au niveau macroscopique, l'adoucissement du matériau suite à des chargements de compression. Sous des chargements de traction, un tenseur symétrique du second ordre est utilisé pour décrire l'endommagement anisotrope induit. Sous des chargements complexes, ces deux modèles sont couplés et l'effet de fermeture-réouverture des fissures est également traité. L'intégration du modèle développé dans le code éléments finis VIPLEF3D a conduit à l'élaboration d'une méthode de relaxation caractérisée par une actualisation explicite des variables d'état. Concernant la fragmentation dynamique, à partir d'essais de fragmentation au laboratoire, une formulation générale permettant de prédire la distribution des fragments est fournie. Dans cette formulation une taille moyenne de fragments est liée à une grandeur mécanique, supposée être l'origine du processus de fragmentation, par une fonction intrinsèque qui peut être identifiée en utilisant des essais adéquats de fragmentation. Cette grandeur mécanique est donnée par la résolution du problème aux limites où le modèle rhéologique est utilisé. Enfin, l'approche complète est alors appliquée à la modélisation des essais de rupture et de fragmentation en chambre, d'échantillons cylindriques de roches.

Ce mémoire présente des travaux de thèse consacrés à la caractérisation et la modélisation des hétérogénéités spatio-temporelles dans les écoulements granulaires cisaillés entre deux parois rigides. De nombreuses simulations ont permis de révéler le rôle crucial des dimensions de l’écoulement et l’influence des interactions des grains avec les parois (avec leur rugosité) sur le comportement global. Pour des systèmes allant jusqu'à une épaisseur de cent diamètres, des profils de vitesse non homogènes ont été mis en évidence, alors que la contrainte cisaillante est constante dans le volume, mettant en défaut le modèle viscoplastique au sein de l’écoulement. Pour réconcilier ces deux observations, nous avons enrichi le modèle viscoplastique en reliant la viscosité à une variable interne qui porte la perturbation due à la présence des parois. Cette nouvelle formulation de la viscosité permet de rétablir la validité d'une loi de comportement locale prenant en compte simultanément l’épaisseur de l’écoulement, la rugosité des parois et le nombre inertiel.Cette dépendance de la viscosité à une variable interne liée à la connectivité des grains ou à leur agitation à compacité fixée, suggère que, d’une manière générale,les écoulements granulaires doivent être décrits en termes d’au moins trois paramètres en fonction du nombre inertiel : le coefficient de frottement, la compacité et la connectivité. / This PhD work is devoted to the description and modeling of spatiotemporal inhomogeneities in granular flows sheared between two rigid walls. Our extensive simulations reveal the crucial role played by flow dimensions and the interactions of the grains with the walls and their roughness. For granular systems with increasingly larger thickness, non uniform strain profiles are evidenced while the shear stress remains uniform. This observation contradicts the common viscoelastic approach based on inertial number in the bulk of the flow. In order to reconcile these observations, we propose a viscoplastic model by a introducing an internal variable carrying the wall-induced perturbations of the flow. This re-formulation of granular viscosity reaffirms the local rheology by accounting for flow thickness, wall routines and inertialeffects. The well-defined dependence of the viscosity on an internal variable pertaining to grain connectivity or kinematic randomness at constant packing fraction, suggests that granular flows should be described by at least three parameters as a function of the inertial number:friction coefficient, packing fraction and connectivity.