Les bétons sont des matériaux composites à la microstructure complexe et constitués de phases dont le contraste des propriétés physiques et mécaniques peut être très grand. Ces matériaux posent des difficultés aux approches macroscopiques lorsqu'il s'agit de maîtriser leurs comportements effectifs comme celui du fluage. Malgré ces difficultés, EDF doit se doter d'outils permettant de modéliser de façon prédictive l'évolution des bétons des ouvrages en service ou de prescrire lecahier des charges des bétons de nouvelles installations. Ayant pour objectif de contribuer à la résolution de ce problème, ce travail de thèse développe des méthodes numériques multi échelle pour le calcul des structures constituées de matériaux fortement hétérogènes élastiques ou viscoélastiques. Plus précisément, ce travail de thèse comporte trois parties. Dans la première partie, nous nous intéressons à un composite constitué d'une matrice élastique renforcée par des inclusionsélastiques dont les formes géométriques peuvent être quelconques et dont la fraction volumique peut être importante. Pour modéliser ce matériau composite, une première approche numérique consistant à combiner la méthode des éléments finis étendus (XFEM) standard et la méthode "level-set" (LS) classique est d'abord utilisée. Nous montrons que cette première approche numérique, qui apparaît naturelle, induit en fait plusieurs artefacts numériques non rapportés dans la littérature, conduisant en particulier à une convergence non optimale par rapport à la finessedu maillage. Par suite, nous élaborons une nouvelle approche numérique ($mu $-XFEM) basée sur la description des interfaces par des courbes de niveaux multiples et sur un enrichissement augmenté permettant de prendre en compte plusieurs interfaces dans un même élément. Nous démontrons au travers des comparaisons et exemples que la convergence est améliorée de manière substantielle par rapport à la première approche numérique. Dans la deuxième partie, nous proposons une nouvelle méthode pour calculer les déformations différées des structures composées de matériaux hétérogènes viscoélastiques linéaires. Contrairement aux approches proposées jusqu'à présent, notre méthode opère directement dans l'espace temporel et permet d'extraire de manière séquentielle le comportement homogénéisé d'un matériau hétérogène viscoélastique linéaire. Concrètement, les composantes du tenseur de relaxation effectif du matériau sont d'abord obtenues à partir d'un volume élémentaire représentatif et échantillonnées au cours du temps. Une technique d'interpolation et un algorithme implicite permettent ensuite d'évaluer numériquement la réponse temporelle du matériau par le biais d'un produit de convolution. Les déformations différées des structures sont enfin calculées par la méthode des éléments finis classique. Différents tests sont effectués pour évaluer la qualité et l'efficacité de la méthode proposée, montrant que cette dernière permet d'avoir un gain en temps de l'ordre de plusieurs centaines par rapport aux approches de type éléments finis multiniveaux. La troisième partie est consacrée à l'étude de la structure de l'enceinte de confinement d'un réacteur nucléaire. Nous prenons en compte les quatre niveaux d'échelles associés à la pâte deciment, au mortier, au béton et à la structure en béton précontraint par des câbles en acier. La méthode numérique d'homogénéisation élaborée dans la seconde partie est appliquée afin de construire les lois de comportement pour chacun des trois premiers niveaux. Les résultats obtenus présentent un intérêt pratique pour résoudre des problèmes posés par EDF

Dans le cadre de l’amortissement passif de structure, les élastomères sont employés dans les industries du transport sous la forme de liaisons amortissantes. Ces matériaux ont un comportement dépendant de la fréquence, de la température et de l’amplitude d’excitation. Les modèles numériques associés peuvent être coûteux en temps de calcul, notamment en phase d’optimisation. Le but de cette thèse est de proposer un modèle réduit efficace de ces liaisons amortissantes, qui prenne en compte la dissipation viscoélastique et les précharges non-linéaires dans les liaisons. La première partie de ce mémoire se concentre sur la représentation de la dissipation par le modèle réduit. Une loi de comportement viscoélastique, basée sur un modèle rhéologique identifié expérimentalement, est utilisée avec la méthode des éléments finis pour obtenir un modèle numérique des liaisons amortissantes. Un premier modèle réduit prédictif, prenant en compte la dissipation en est dérivé en utilisant une extension originale des méthodes de sous-structuration. La deuxième partie traite de l’influence des précharges statiques non-linéaires sur le comportement dynamique et la dissipation dans les liaisons. Pour cela, une loi de comportement hyper-visco-élastique linéarisée autour d’un état précontraint statique non-linéaire est développée. Les méthodes de sous-structuration introduites dans la première partie sont alors enrichies afin de tenir compte de la dissipation et les non-linéarités géométriques dans les liaisons. Finalement, ces modèles réduits à 2 nœuds permettent des gains en temps de calcul d’un facteur 50 à 100 et sont facilement utilisables par l’ingénieur en phase de conception. / In the context of passive damping, various mechanical systems from the space, aeronautic or auto-mobile industry use elastomer components (shock absorbers, silent blocks, flexible joints...).These materials have frequency, temperature and amplitude dependentcharacteristics. The associated numerical models may become computationally too expensive during an optimization process.The aim of this work is to propose an efficient reduced model of rubber devices that account for the viscoelastic damping and the non-linear pre-stress in the dampers.The first part of this thesis is about how to include the viscoelasticdamping in the reduced model. It starts by using a viscoelastic constitutive relation, based on experimental identification, within the frame of the finite element method to obtain a numerical model of the rubber dampers. A first efficient reduced model is then derived from this FE model by using an original extension of sub-structuring methods in the case of viscoelastic damping.In the second part, the influence of non-linear static pre-stress overthe dynamic behavior and the dissipation in the dampers is studied. An hyper-visco-elastic constitutive relation, linearized in the neighbourhood of a pre-stressed state, is developed. The sub-structuring methods presented in the first part are then upgraded to account for the damping and the geometrical non-linearities in the dampers. Finally, these 2-node reduced models give access to greatly reduced computation times (50 to 100 times faster) and are easy to use for the engineer.

Ce travail concerne l'étude théorique, expérimentale et numérique du comportement mécanique de matériaux tissés et de toiles laminées à base de fibres synthétiques, destinés à la fabrication des voiles, comme le polyester ou le Kevlar. Une approche théorique originale a été proposée ; elle permet une prise en compte du comportement spécifique des fils, de l'enduction et de leurs interactions. La modélisation, qui en résulte, permet de décrire le comportement biaxial des matériaux tissés et des toiles, en chargements cycliques complexes, avec une prise en compte des déformations finies, des effets visqueux non linéaires, de l'irréversibilité indépendante du temps et de l'anisotropie. Une mise en œuvre de cette modélisation a été effectuée dans un code d'Eléments Finis, afin de produire un outil opérationnel pour le calcul des voiles. L'approche théorique proposée a été validée grâce à une étude expérimentale détaillée, qui a été réalisée sur le Dacron SF HTP Plus. Ainsi, nous avons réalisé sur ce matériau différents essais de tractions monotones et de tractions ondulées, contrôlés en déformation et en force. Certains de ces essais comportent des séquences de relaxation. Ces essais ont été réalisés dans les axes du matériau, dans le sens chaîne ou dans le sens trame, ainsi qu'en hors axes avec des orientations par rapport à la direction chaîne allant de 5° à 45°. Des résultats expérimentaux complémentaires ont également été obtenus sur une toile laminée en Kevlar X15 et sur un Dacron SF HTM simple. Enfin, une simulation de l'essai de traction biaxiale a été réalisée et a permis d'étudier l'homogénéité des champs de contrainte et de déformation de trois formes d'éprouvette différentes. / This work deals with theoretical, experimental and numerical studies of the mechanical behavior of woven materials and laminated fabrics, made with synthetic fibers, for the manufacture of sails, such as polyester or Kevlar. An original theoretical approach was proposed, it allows taking into account the specific behavior of yarns, of coating and their interactions. The resulting modeling allows describing the behavior of woven materials and laminated fabrics, in the case of complex cyclic biaxial loadings, taking into account finite deformations, nonlinear viscous effects, time-independent irreversibility and anisotropy. The implementation of this modeling was performed in a finite element code, in order to produce an operational tool for the design and calculation of sails. The proposed theoretical approach has been validated through a detailed experimental study, which was conducted on material “Dacron SF HTP Plus”. Thus, we performed various monotonous and cyclic tensile tests, which were strain or load-controlled. Some of these tests include relaxation sequences. These tests were conducted in the axes of the material, in the warp and weft directions, as well as off-axis or bias orientations, from 5 ° to 45 ° with respect to the warp direction. Further experimental results were also obtained on a laminated “Kevlar X15” and a woven “Dacron SF HTM simple” fabrics. Finally, numerical simulations of the biaxial tensile test were performed and were used for studying homogeneity of the stress and the strain fields in the cases of three different contours of biaxial-tensile samples.

Ce travail était centré sur les propriétés thermodynamiques et mécaniques des polymères denses et sur leurs liens avec les systèmes de la matière molle et l'étude des propriétés de conformation et les propriétés rhéologiques des polymères hyperbranchés. L'étude de polymères hyperbranchés montre qu'ils sont substantiellement différents de leurs analogues linéaires. En utilisant des méthodes de simulation, nous pouvons obtenir des informations inaccessibles par des méthodes expérimentales et heureusement obtenir de précieuses informations du point de vue industriel et scientifique. Cette étude traite le problème par des simulations et comme expliqué dans le manuscrit, nous avons observé un centre de faible densité pour un grand nombre de générations et une enveloppe extérieure plutôt compacte. Cette tendance se retrouve également pour les propriétés dynamiques. Le manque d’enchevêtrement dans les polymères hyperbranchés fait d'eux des matériaux moins résistant que ceux composés de chaînes linéraires. La viscosité perd sa simple dépendance à la masse dans le cas d'une chaîne linéaire. / This study is focused on thermodynamic and mechanical properties of dense polymers solutions and related soft matter systems and conformational and rheological properties of hyperbranched polymers. Studies of hyperbranched polymers shows that they are substantially different from their linear analogs. By using simulation methods we could reach the information not available by experimental methods and hopefully obtain valuable information from both industrial and scientific points of view.This study is treating this problem by means of computer simulations where as a result we can see a hollow center for high generation numbers and a rather compact outer shell. This tendency expands to dynamical behavior. Lack of chain entanglements in hyperbranched polymers make them not very tough materials in a comparison with linear chains. Another point is a decrease of mobility caused by large amount of branch points. Viscosity loses its simple dependence on the mass as for the case of linear chains.

Le pourcentage élevé de blessures dues à des traumatismes abdominaux survenant lors d’accidents de la route mais également la nécessité de détecter des maladies (l'hépatite virale, la cirrhose, le cancer etc.), ont conduits plusieurs chercheurs à étudier les propriétés mécaniques des organes abdominaux à la fois in vivo et in vitro. Dans tous les MEF de corps humain actuellement disponibles, les organes abdominaux sont caractérisés par des lois élastiques linéaires ou viscoélastiques linéaires, alors que ces matériaux montrent un comportement non linéaire hyper élastique. L’objectif de ce travail de thèse est de développer des modèles par éléments finis (MEF) robustes des différents organes de l’abdomen tels que le foie, le rein et la rate. Pour ce faire des tests expérimentaux sur chacun des constituants de ces organes ont été réalisés dans le but de caractériser le comportement mécanique de ceux-ci et de déterminer les propriétés mécaniques inhérentes à ces constituants. Pour caractériser mécaniquement ces différents constituants, des tests statiques ont donc été réalisés pour chacun des constituants du foie et du rein porcin à savoir, des tests de traction de la capsule de Glisson et de la capsule rénale ainsi que des veines hépatiques, des tests de compression et de cisaillement pour le parenchyme hépatique et le cortex rénale. Finalement la rate a été testée en compression statique. Les résultats expérimentaux obtenus ont été utilisés afin de caractériser les tissus par des lois de comportement de type hyper élastique, viscoélastique et hyper viscoélastique sous la forme de modèles d'Ogden, Mooney Rivlin et Maxwell et implémentés dans les MEF porcin et humain développés dans le cadre de cette thèse. Ces MEF ont ensuite été validés en regards de tests expérimentaux dynamiques in vivo réalisés sur modèle porcin et vis-à-vis de la littérature pour les MEF d’organes humains. Ainsi, les MEF développés dans cette étude sont les premiers modèles détaillés et validés et peuvent désormais être utilisés dans le cadre de reconstructions d’accidents mais également pour des applications biomédicales dans le but de développer des environnements virtuels de chirurgie, de planifier les actes chirurgicaux et d’aider les chirurgiens à l’apprentissage de gestes. / The objective of this study is to develop robust finite element models of abdominal organs (viz. liver, kidney and spleen), by performing experiments on each organ’s constituents to extract the material properties. Understanding the mechanical properties of the organs of the human body is the most critical aspect of numerical modeling for medical applications and impact biomechanics. Many researchers work on identifying mechanical properties of these organs both in vivo and in vitro considering the high injury percentage of abdominal trauma in vehicle accidents and for easy detection of diseases such as viral hepatitis, cirrhosis, cancer etc. In all the current available finite element human body models the abdominal organs are characterized as linear elastic or linear visco-elastic material, where as the materials actually show a non linear hyper elastic behavior. In this study the organs are modeled for first time as hyper visco-elastic materials and with individual constituents of each (viz. the capsule and veins). To characterize the tissue, static experiments are performed on individual parts of the abdominal organs, like incase of liver, Glisson’s capsule and hepatic veins are tested under static tension where as liver parenchyma is tested under static compression and under shear at low frequency. In case of kidneys, renal capsule is tested under static tension and renal cortex is tested under static compression, where as spleen tissue is tested under static compression. The results of the these experiments are used to characterize the tissues as hyper elastic, visco elastic and hyper visco elastic materials in the form of Ogden, Mooney Rivlin and Maxwell materials. These material models are further used to develop the finite element model of organs for human and pigs. The developed models are validated by performing in vivo dynamic tests on pigs, whereas using dynamic tests data from the literature on human liver and reproducing the same with the numerical approach in the LS Dyna explicit solver. The developed models are observed to be robust and can be used for accident reconstruction as well for biomedical applications viz., to develop virtual surgical environments & to plan surgeries or train surgeons.

La prédiction précise du comportement à long et court terme des structures en béton dans le domaine nucléaire est essentielle pour assurer des performances optimales (intégrité, capacité de confinement) pendant leur durée de vie. Dans le cas particulier des structures massives en béton, la chaleur produite au jeune âge par les processus d'hydratation ne peut pas s’évacuer rapidement, si bien que des températures élevées peuvent être atteintes et les gradients de température qui en résultent peuvent conduire à la fissuration, en fonction des conditions aux limites et contraintes internes auxquelles ces structures sont soumises. Les objectifs de cette étude sont (1) d'effectuer des simulations numériques afin de décrire et prédire le comportement thermo-chimio-mécanique au jeune âge d'une structure massive en béton dédiée au stockage de déchets en surface, et (2) de développer et appliquer des outils de changement d'échelle pour estimer rigoureusement, à partir de la composition du matériau, les propriétés physiques du béton nécessaires à une analyse au jeune âge. Une étude chimio-thermique visant à déterminer l'influence de la convection, du rayonnement solaire, du re-rayonnement et de la chaleur d'hydratation sur la réponse thermique de la structure est tout d’abord menée. Des recommandations pratiques concernant les températures de bétonnage sont fournies afin de limiter la température maximale atteinte au sein de la structure. Ensuite, au moyen d'une analyse mécanique, des stratégies de modélisation simplifiées et plus complexes (prenant en compte l’endommagement couplé au fluage) sont mises en œuvre pour évaluer des scénarios intégrant différentes conditions aux limites issues de l'analyse chimio-thermique précédente. Dans un second temps, une étude prenant en compte le caractère multi-échelle du béton est réalisée. Un modèle simplifié de cinétique d'hydratation du ciment est proposé. Les évolutions des fractions volumiques des différentes phases au niveau de la pâte de ciment peuvent être alors estimées. Par la suite des outils d’homogénéisation analytiques et numériques développés dans un cadre vieillissant sont présentés et appliqués pour estimer les propriétés mécaniques et thermiques des matériaux cimentaires. Les données d’entrée utilisées dans l'analyse structurelle sont finalement comparées avec les estimations obtenues dans l'analyse multiéchelle. Pour conclure, la stratégie proposée dans cette thèse vise à prédire le comportement des structures massives en béton à partir de la composition du béton au moyen d'une approche séquentielle: le comportement du béton est estimé via les outils de changement d’échelle, fournissant ainsi les données d'entrée pour l'analyse phénoménologique à l’échelle de la structure. / The accurate prediction of the long and short-term behaviour of concrete structures in the nuclear domain is essential to ensure optimal performances (integrity, containment roperties) during their service life. In the particular case of massive concrete structures, at early age the heat produced by hydration reactions cannot be evacuated fast enough so that high temperatures may be reached and the resulting gradients of temperature might lead to cracking according to the external and internal restraints to which the structures are subjected. The goals of this study are (1) to perform numerical simulations in order to describe and predict the thermo-chemo-mechanical behaviour at early-age of a massive concrete structure devoted to nuclear waste disposal on surface, and (2) to develop and apply upscaling tools to estimate rigorously the key properties of concrete needed in an early-age analysis from the composition of the material. Firstly, a chemo-thermal analysis aims at determining the influence of convection, solar radiation, reradiation and hydration heat on the thermal response of the structure. Practical recommendations regarding concreting temperatures are provided in order to limit the maximum temperature reached within the structure. Then, by means of a mechanical analysis, simplified and more complex (i.e. accounting for coupled creep and damage) modelling strategies are used to assess scenarios involving different boundary conditions defined from the previous chemo-thermal analysis. Secondly, a study accounting for the multiscale character of concrete is performed. A simplified model of cement hydration kinetics is proposed. The evolution of the different phases at the cement paste level can be estimated. Then, analytical and numerical tools to upscale the ageing properties are presented and applied to estimate the mechanical and thermal properties of cementbased materials. Finally, the input data used in the structural analysis are compared with the estimations obtained in the multiscale analysis. To conclude, the entire strategy proposed in this thesis aims at predicting the behaviour of massive concrete structures from the composition of the concrete by means of a sequenced approach: concrete behaviour is estimated using the upscaling tools, providing then the input data to the phenomenological analysis at the structure level.

Les polymères amorphes présentent des hétérogénéités dynamiques à l'échelle de 3 à 5nm proche de la température de transition vitreuse. Leur contribution aux propriétés mécaniques est encore mal connue. Pour ce faire, nous considérons un modèle simple dans lequel chaque hétérogénéité dynamique possède un unique temps de relaxation distribué aléatoirement selon une loi log-normale. Un modèle coarse-grained à l’échelle d’une hétérogénéité dynamique est alors développé dans le cadre de l'approximation des milieux continus. Ainsi, des simulations par éléments finis nous permettent de calculer les propriétés mécaniques macroscopiques des polymères en tenant compte des effets de couplage mécaniques en hétérogénéités. Nous montrons que la transition vitreuse est pilotée par un réseau de percolation des domaines lents. Nous mettons également en évidence les couplages mécaniques intervenant entre hétérogénéités dynamiques. Dans le cas des films minces de polymères confinés à l’échelle de quelques dizaines de nanomètres, nous montrons que les hétérogénéités dynamiques permettent de rendre compte d’un ralentissement de la dynamique macroscopique du film. En considérant que pour de fortes contraintes, la dynamique locale des polymères massifs est accélérée, nous démontrons que les hétérogénéités dynamiques permettent de rendre compte d’un phénomène de contrainte interne à un système, celle-ci étant la cause d’une partie non récupérable de l’énergie élastique stockée un système lors d’une déformation plastique. / Amorphous polymers present dynamical heterogeneities at the scale of 3 to 5nm near Tg. Their contributions to mechanical properties are still not well known. We thus consider a simple model where each dynamical heterogeneities has its own relaxation time randomly drawn is a log-normal time distribution. A coarse –grained model at the dynamical heterogeneity is then developed in the continuous medium approximation. Finite element simulations are performed to calculate macroscopic mechanical properties of amorphous polymers taking account of mechanical couplings between heterogeneities. We show that the glass transition is controlled by a percolation of slow domains. Mechanical couplings result in viscoelastic spectrum highly narrowed as compared to the microscopic one. In thin films of polymers, we evidence a slowdown of the dynamics of relaxation as compared to the bulk one. Considering that a high applied stress increase the dynamics of polymers, we show that dynamical heterogeneities result in an internal stress network. The latter is a consequence a plastic deformation and result in an internal energy which is not released after an unloading.

Ce travail porte sur l’étude des composites à base de polypropylène et de farine de bois. Seuls des composites à base d’une matrice polypropylène et de fibres végétales ont été mis en oeuvre sans aucun recours à quelque agent comptabilisant que ce soit. En premier lieu nous avons regardé l’influence de la viscosité initiale de la matrice polypropylène sur la processabilité des biocomposites en utilisant des polymères de grades variés. Puis nous avons étudié l’influence de la nature et de la concentration de la farine en utilisant des farines de pin (bois mou) et de chêne (bois dur). Enfin, une attention spécifique a été portée sur la possibilité de nucléation en phase Beta de la matrice polypropylène en présence de fibres végétales. Des polypropylènes β-Nucléés ainsi que des farines ayant subies des extractions par des solvants de leurs composés volatils ont été utilisées. Les mélanges obtenus ont été testés au moyen de la viscoélasticité à l’état fondu pour mettre en évidences les effets d’interaction charges-Matrices et par des mesures de diffraction aux rayons X ainsi que d’analyse thermique différentielle pour la caractérisation de leurs morphologies cristallines. / This doctoral thesis is focused on composites based on polypropylene and wood flour. Firstly, the experimental work deals with preparation of composites based on wood flour with various concentrations and isotactic polypropylene with various melt flow indexes. In terms of this study, one polypropylene, which can have also practical use, was chosen. Further, this polypropylene is investigated with various types and concentrations of wood flour. Also, the attention is devoted to the modification of polypropylene by a specific β-Nucleating agent. The differences are compared and described between the composites with neat and nucleated polypropylene. Further, the work is focused on solvent extraction of wood flour. The effect of extraction and solvent of wood flour is also examined in composites with neat and nucleated polypropylene. On prepared composites, the rheological, structural and thermal properties are studied. These properties differ depending on specific type of wood flour, its concentration and specific type of polypropylene. / Předložená doktorská práce je zaměřena na kompozity polypropylenu a dřevní moučky. V experimentální části práce jsou připraveny kompozity s různými koncentracemi plniva a izotaktických polypropylenů s různými indexy toku taveniny. Na základě této studie je vybrán jeden konkrétní polypropylen, který může mít v kombinaci s dřevní moučkou i praktické využití. Tento polypropylen je dále zkoumán s různými druhy a koncentracemi dřevní moučky. Pozornost je také kladena na úpravu vlastností izotaktického polypropylenu užitím specifického β-nukleačního činidla. Jsou porovnávány a popisovány rozdíly mezi kompozity s čistým a nukleovaným polypropylenem. Práce se dále zabývá extrakcí dřevní moučky v rozpouštědle. Je studován vliv extrakce a rozpouštědla dřevní moučky na vlastnosti připravených kompozitů. Byly studovány reologické, strukturální a tepelné vlastnosti, které se lišily v závislosti na zvoleném typu plniva, jeho koncentraci a typu polymerní matrice.

« Revoluflex » est un procédé de contre-collage de films plastiques par l'intermédiaire d'une fine couche d'adhésif thermofusible. Dans ce procédé, l'adhésif fondu est extrudé à travers une filière plate (entrefer ~ 1 mm) puis étiré dans l'air sur une très courte distance (~ 1 mm) à des taux d'étirage très importants (Dr>100) et enfin déposé sur le film plastique primaire. Une pompe à vide, placée au-dessous du film extrudé, permet de stabiliser le procédé et d'empêcher l'admission de bulles d'air entre le film primaire et l'adhésif. Un film plastique secondaire est ensuite déposé sur le film primaire pour former le film complexe. En fonction des paramètres du procédé, plusieurs défauts sont observés. Par exemple, on observe dans certaines conditions des surépaisseurs périodiques dans la couche d'adhésif qui s'apparentent à une instabilité d'étirage appelée Draw Resonance. D'autres défauts qui correspondent plutôt à des déchirures dans le film adhésif sont également observés. Ces défauts représentent un obstacle pour le développement de ce procédé innovant et donc l'enjeu de cette étude consiste à comprendre l'origine de ces défauts afin de pouvoir les supprimer ou, au moins, en différer l'apparition.Pour ce faire, ces défauts ont tout d'abord été caractérisés et leur apparition a été quantifiée en fonction des paramètres du procédé et de la rhéologie de différentes formulations d'adhésif.Des modèles de complexité croissante, tant au niveau de la description cinématique de l'écoulement que de la loi de comportement du polymère, ont été développés. Des modèles membrane Newtonien et viscoélastique à largeur constante où un différentiel de pression est appliqué entre les deux faces du film extrudé constituent une première approche théorique qui rend compte de l'effet de la pompe à vide. La méthode de stabilité linéaire a été utilisée pour prédire le phénomène d'instabilité périodique en fonction du comportement rhéologique et des paramètres du procédé. Notre étude a montré que les résultats de ces modèles membrane sont très influencés par les conditions initiales de l'écoulement. Comme l'hypothèse membrane n'est plus valide à de très courtes distances d'étirage, nous avons développé deux modèles 2D Newtonien qui rendent compte à la fois de l'écoulement dans la filière et au cours de l'étirage. Le premier modèle symétrique ne prend pas en compte l'effet de la pompe à vide mais et a été résolu avec deux approches différentes : une méthode de suivi d'interface couplée à la méthode de stabilité linéaire et une méthode de simulation directe par capture d'interface (méthode Level-Set). Nous avons montré que ces deux méthodes permettent d'obtenir la même solution stationnaire et les mêmes résultats de stabilité. Le deuxième modèle prend en compte le différentiel de pression et a été résolu uniquement par la technique de suivi d'interface couplée à la méthode de stabilité linéaire. Ce modèle 2D permet également de trancher entre les différentes conditions initiales testées avec le modèle membrane.Ces modèles permettent d'expliquer plusieurs phénomènes observés expérimentalement comme l'effet stabilisant du différentiel de pression et de la courte distance d'étirage. De plus, ils mettent en évidence un résultat paradoxal qui est l'effet stabilisant du taux d'étirage dans certaines conditions opératoires. Ils montrent enfin que le différentiel de pression provoque une contrainte très élevée au niveau de la lèvre inférieure de la filière, ce qui peut être une explication des déchirures observés dans la couche de colle. / “Revoluflex” is an innovative laminating process consisting in bonding two plastic films with a thin layer of hot melt adhesive. The molten adhesive is extruded through a flat die (gap ~ 1 mm). Then, it is stretched into the air at very high draw ratio (Dr> 100) over a very short distance (~ 1 mm) and set down on the primary plastic film. A vacuum pump, located beneath the extruded film, stabilizes the process and prevents air bubble intake between the primary and the adhesive film. A secondary plastic film is then laid on the coated primary film to give a laminate. Many defects can be observed as a function of the process parameters such as wavelike instabilities characterized by periodical sustained oscillations in the hot melt adhesive layer. This instability is similar to the “Draw Resonance” instability encountered with classical processes involving the stretching of a molten polymer. Other defects looking like small bubbles, cracks or rips in the adhesive layer are also observed. These defects hinder commercial deployment of the process. The aim of this study is there to understand their origins in order to remove them or at least delay their onset.These defects have first been characterized and their appearance was quantified according to process parameters and adhesive rheology. Several theoretical models of increasing complexity, in terms of flow kinematics and polymer rheology, have been developed. Newtonian and Viscoelastic constant width membrane models involving a pressure differential between the two sides of the extruded film represent a first theoretical approach that accounts for the vacuum pump effect. The linear stability method was used to investigate the influence of adhesive rheological behavior and process parameters on the onset of periodic instabilities. It was shown that the results were highly dependent on the initial flow conditions at die exit. Since the membrane assumption is not valid for very short stretching distances, we developed two Newtonian 2D models accounting for both extrusion and drawing steps. The first one is a symmetric model that does not account for the vacuum pump effect. It was solved using two different approaches: a front-tracking method coupled with linear stability analysis and a direct numerical simulation with interface capturing method (Level set method). It was shown that both methods lead to the same stationary solution and the same stability results. The second model accounts for the pressure differential and it was solved using only the front-tracking method. This latter 2D model enables to check the validity of the initial flow conditions of the membrane model.These models allow us to explain several experimental phenomena such as the stabilizing effect of the pressure differential and the short stretching distance. In addition, they help explaining experimental features which contradict the classical literature on drawing instabilities such as the stabilizing effect of increasing the draw ratio under certain operating conditions. Finally, they show that the pressure differential induces a high stress at the bottom lip of the extrusion die, which may clarify the cracks and rips observed in the adhesive layer.

Le problème dans cette étude est celui de l’incorporation de la gomme Grewia mollis dans le mélange blé-taro avec pour objet d’améliorer le taux de substitution du blé par la farine de taro qui, selon la littérature, ne peut dépasser de valeurs allant de 10 à 15 % sans altérer de façon considérable la qualité de la pâte de pain. Les objectifs définis dans cette étude sont triples : (1) d’abord connaitre les propriétés de la farine de taro variété Lamba qui, avant cette étude n’a pas fait l’objet d’études antérieures. (2) Déterminer les conditions optimales d’extraction de la gomme Grewia, dont on connait de la littérature les caractéristiques physicochimiques et fonctionnelles et pas les meilleures conditions d’extraction. (3) Etudier dans un plan de mélange à trois composantes l’effet du pourcentage de gomme, de farine de taro et blé sur les propriétés rhéologiques et sensorielles de la pâte et du pain. Dans cette étude les méthodes usuelles de caractérisation ont été utilisées. Pour l’objectif 1, le dispositif expérimental prend en compte la taille du tubercule (4 modalités) comme facteurs, et les paramètres mesurés sont : la composition proximale, la granulométrie et la forme de particules, les propriétés thermiques et rhéologiques de la farine. Pour l’objectif 2, la gomme est extraite selon un plan composite centré à faces centrées avec comme facteurs le ratio volume d’eau sur masse de la poudre de l’écorce, la température et le temps d’extraction, et les réponses sont la viscosité de la solution et le taux d’extraction. Une caractérisation du profil de sucres de la gomme a été faite. Pour l’objectif 3, un plan de mélange ternaire Grewia-taro-blé à contraintes a été effectué. Le volume de pousse de la pâte, le test de double morsure, le test du fluage-recouvrement ont été mesurés sur la pâte, alors que les pains obtenus ont fait l’objet d’une analyse du test de double compression et d’acceptabilité. Les résultats de l’objectif 1 ont montré que la composition physicochimique du taro varie en fonction de la masse et du pelage, le profil en acide aminé présente une absence des acides aminés soufrés. Les résultats de l’extraction de la gomme dans l’objectif 2 ont montré que seul le ratio augmente significativement la viscosité et le rendement d’extraction de la gomme. Les conditions optimales d’extraction de la gomme Grewia mollis sont les suivantes: pH: 7,1 temps : 1h température: 73,1 °C ratio eau / poudre : 55,4 / 1, pour une viscosité de 0,98 Pa.s et un rendement de 0,32%. Les résultats de l’objectif 3 montrent que l’augmentation de la gomme Grewia mollis entraine une augmentation de la capacité d’absorption d’eau des farines mélangées, une augmentation de la viscoélasticité, du volume de pousse, du volume de pain, de l’acceptabilité générale jusqu’à un seuil de 2,5% puis une baisse est observée. Les analyses de corrélation ont montré que l’augmentation de la capacité d’absorption d’eau entraine une baisse des paramètres du fluage et du recouvrement de la pâte, du volume de pousse / The problem in this study is the incorporation of Grewia gum in the wheat-taro mixture in order to improve the level of substitution of wheat flour by taro flour which, according to the literature, cannot exceed 10-15% without deteriorating in a considerable manner the quality of the bread paste. The objective defined in this study is threefold : (1) to know the properties of the flour of taro Lamba variety which, before this study have not been the object for research (2) to determine the optimum conditions for extraction of the Grewia gum, with known physico-chemical and functional characteristics but no standard for conditions extraction. (3) To study the effect of the percentage of gum, taro flour and wheat flour on the rheological and sensory properties of the paste and the bread using a mixture designs with three components. In this study the usual methods of characterization were used. For objective 1, the experimental device takes into account sizes of tuber (4 weight) like factors, and the measured parameters are: the proximate composition, the granulometry and the shape of particles, thermal and rheological properties of the flour. For objective 2, the gum is extracted using a central composite design with faces centered with factors like the flour water ratio (w / w), the temperature, extraction time and pH, the response were the viscosity of the solution and the yield of extraction. A characterization of the sugar profile of gum was made. For objective 3, a ternary mixture design Grewia - taro-wheat with constraints was carried out. The volume of dough, the rheology of paste, the double bite test, the creep-recovering test were measured on the dough, whereas a double compression test analysis and acceptability were carried out on the bread. The results of objective 1 showed that the physico-chemical composition of the taro varies as a function of the mass and peeling type, the amino acid profile reveals the absence of sulphur amino acids. The results of the extraction of gum showed that only the ratio significantly increases the viscosity and the yield of the gum.The optimum conditions for extraction of the Grewia gum are as follows:pH: 7.1 times : 1h temperature: 73 °C water / powder ratio: 55.4 / 1, for a viscosity of 0.98 Pa.s and and yield of 0.32 %. The results of objective 3 show that the incorporation of gum increase the water absorption capacity, viscoelasticity of the dough, volume of the dough and even volume of bread. However the sensory analysis showed that the addition of gum up to 5% contributed to the rejection of the breads