Les travaux présentés dans cette thèse visent à caractériser expérimentalement le comportement des élastomères sous sollicitation dynamique en grandes déformations et de définir un (ou des) modèle(s) de comportement adapté(s). Des essais de traction et de compression à vitesse de déformation vraie constante ont été menés afin de mettre en évidence l'influence de la vitesse de déformation sur le comportement du matériau. Pour cela, des moyens d'essais originaux ont été développés. La rigidification du matériau avec la vitesse de déformation ainsi qu'une augmentation de la dissipation d'énergie sur la gamme de vitesse de déformation considérée ont été mises en évidence. Pour modéliser ces matériaux, des lois de comportement viscoélastiques en grandes déformations ont été choisies. Une comparaison des deux approches les plus utilisées dans ce domaine, à savoir intégrale et différentielle, a été effectuée afin de déterminer la plus apte à modéliser le comportement des matériaux élastomères dans le cadre de chargement à moyenne vitesse de déformation ; l'approche intégrale a été retenue. Les paramètres d'un modèle de ce type ont été recalés de façon satisfaisante à partir des essais de traction. Finalement, cette loi a été implantée dans le code de calcul LS-DYNA. Des essais de validation ont ensuite été effectués pour différents modes de sollicitation : traction, compression mais aussi propagation d'ondes de traction. Les différents modes de sollicitation étant globalement bien représentés, des simulations d'un plot de suspension utilisé dans les sous marins sont proposées sous divers chargements ; elles permettent la mise en oeuvre d'un macro-élément reproduisant le comportement global du plot.

Le travail présenté dans ce mémoire est une contribution à la modélisation vibratoire de structures amorties et à l'optimisation de traitements en élastomère pour la réduction de bruit. Une méthode d'analyse modale sans contact a permis d'identifier dans un premier temps l'amortissement structurel total d'une plaque en aluminium suspendue, traitée par des patches en élastomère contraint. Une quantification précise des principales sources de dissipation a ensuite été effectuée. La dissipation thermoélastique de l'aluminium, visqueuse de l'air et la dissipation par rayonnement acoustique ont été modélisées; les dissipations viscoélastiques de l'aluminium et de l'élastomère, identifiées. Le calcul thermoélastique repose sur la prise en compte du couplage par perturbation et apporte quelques éclairages sur le modèle de référence de Zéner. La modélisation de l'élastomère s'appuie sur une expérience d'identification du module de rigidité complexe en fonction de la fréquence. Une plate-forme de résolution, basée sur le calcul des modes de résonance à l'aide de la méthode des éléments finis, d'un solveur aux valeurs propres complexe et de routines itératives et de perturbation, permet le calcul précis et rapide de la réponse temporelle ou fréquentielle instationnaire de systèmes à amortissement linéaire, non-proportionnel et dépendant de la fréquence. Dans une dernière partie, des études d'optimisation paramétrique conduites sur des traitements en élastomère débouchent sur un savoir-faire pratique en matière de réduction de bruit.

L'étude du comportement mécanique des verres métalliques, matériaux dépourvus d'ordre à longue distance, est un sujet actif. L'intérêt pour ces matériaux a été renouvelé par la mise au point d'alliages amorphisables à faible vitesse critique de trempe permettant d'obtenir des échantillons massifs et donc d'envisager des applications structurales. Les mécanismes de déformation d'un verre métallique base Zr ont été étudiés que ce soit à température ambiante, où le comportement semble fragile macroscopiquement, ou à des températures supérieures à la transition vitreuse, où une grande capacité de déformation est atteinte. Des techniques de caractérisation originales alliant des essais de compression à des essais de nanoindentation (à température ambiante) ou à des essais de spectromécanique (à haute température) ont été utilisées et validées. Un modèle de déformation multiatomique a ainsi pu être proposé pour rendre compte du comportement à haute température. Ces matériaux permettent également de fabriquer, au travers d'une cristallisation partielle, des nanocomposites amorphe / cristal. La cristallisation a été finement caractérisée et deux nouvelles méthodes de mesure de la fraction volumique de nanocristaux ont été validées. L'influence de ces nanocristaux a été étudiée dans les deux gammes de températures caractéristiques et pour les différents modes de sollicitation mécanique révélant une influence relative sur le comportement à température ambiante et une influence marqué sur les mécanissmes visqueux.

Nous proposons de développer une méthode expérimentale et numérique qui soit capable d'évaluer simultanément les propriétés acoustiques et géométriques de plaques viscoélastiques homogènes. Au cours de cette étude, nous ne négligeons pas le fait que l'atténuation des ondes ultrasonores dans ce type de matériaux présente généralement un caractère dispersif au même titre que la vitesse de propagation. Afin de réaliser cette démarche, nous avons choisi d'étudier le coefficient de transmission d'une plaque immergée dans un fluide (eau ou air), en prenant en compte les effets dispersifs (modèle de Szabo) et dissipatifs (loi de puissance) des ondes dans la plaque et en intégrant ceux-ci au sein du modèle théorique. Nous avons inclus une correction de la diffraction sous forme d'une approximation pour tenir compte de la dimension finie de la source. Le modèle théorique ainsi choisi représente un des éléments clés nécessaires à la création d'une méthode d'identification des propriétés élastiques et dissipatives de matériaux viscoélastiques. Les autres points fondamentaux de cette méthode sont la mesure, en incidence normale, du coefficient de transmission de la plaque, ainsi que la routine d'optimisation. Nous avons mis au point deux techniques de mesure par immersion ou par air-coupling afin d'extraire la fonction de transmission en fréquence de la plaque. La routine d'optimisation développée sous Matlab® permet ensuite de faire évoluer les paramètres ajustables du modèle numérique jusqu'à obtenir une réponse identifiée proche de la réponse expérimentale, en recourant à un algorithme de minimisation de moindres carrés non-linéaire. Les propriétés extraites simultanément sont : l'épaisseur et la masse volumique de la plaque, ainsi que la vitesse et l'atténuation des ondes longitudinales dans la plaque. La procédure ainsi mise au point a été appliquée à plusieurs matériaux polymères, puis à des plaques composites (vieillies ou non). Nous avons vérifié que pour l'ensemble de ces plaques, l'épaisseur et la vitesse s'identifient correctement. La masse volumique est identifiée avec une précision moindre. En ce qui concerne l'atténuation, nous avons pu mettre en évidence son estimation plus délicate, en particulier pour le coefficient d'atténuation. Cependant, nous obtenons des résultats concluants pour l'identification de l'exposant de l'atténuation. Nous avons pu observer que les erreurs résiduelles entre les courbes expérimentales et identifiées étaient de l'ordre de 0,5% et 5% pour les mesures dans l'eau et dans l'air, respectivement.

Le report sur des lentilles optiques à surface courbe de films plans, souples et fragiles est un verrou à lever pour permettre un saut technologique dans le domaine de l'optique ophtalmique active. En effet, pour bénéficier des avantages d'une fabrication collective il est impératif de rester en mode de fabrication sur substrat plan et de reporter ensuite les films préfonctionnalisés sur les verres. Il convient donc de préserver cet hétéro-assemblage au cours du report, l'intégrité de la fonction implémentée en minimisant à la fois la déformation, le stockage de contraintes mécaniques et la température pendant le thermoformage. Dans ce travail de thèse nous proposons un principe de report qui permet de satisfaire au mieux ces exigences en séparant la phase de mise en forme réalisée par gonflement de l'étape du report proprement dit. Un premier outillage spécifique qui a été conçu et développé pour mettre au point le procédé décrit. L'optimisation des conditions opératoires est déclinée pour deux modes différenciés et imposés qui considèrent d'abord le report sur lentille brute et ensuite le report sur un verre déjà détouré au gabarit de la monture de lunettes. Pour prédire et/ou interpréter les comportements expérimentaux obtenus pour chacun des deux modes, nous avons mené des simulations numériques par la méthode des éléments finis en nous appuyant sur une caractérisation préalable des propriétés thermomécaniques du film PET qui constitue l'armature du film optique fonctionnalisé. Au prix d'une complexification du procédé de transfert, le second mode a donné lieu à des résultats intéressants qui aujourd'hui semblent répondre aux exigences les plus sévères du projet.

Le béton se présente comme un matériau constitué de granulats, jouant le rôle d'inclusions, enchâssés dans une matrice correspondant à la pâte de ciment hydraté. A l'échelle de la pâte, l'hydratation du ciment génère un milieu multiphasique, constitué d'un squelette solide et de pores remplis ou partiellement remplis d'eau selon leur taille. Le composant principal du squelette solide est le gel de C-S-H, les autres composants étant de nature cristalline. La qualification de gel du composant C-S-H est liée à sa nanostructure dont la schématisation la plus admise consiste en une phase aqueuse adsorbée, en sandwich avec des feuillets solides de nature cristalline. Il est bien admis que la structure du C-S-H est à l'origine de son comportement viscoélastique et donc de celui du béton. Ce comportement viscoélastique peut s'expliquer par un réarrangement de sa nanostructure sous l'effet des contraintes mécaniques appliquées à l'échelle macroscopique. La modélisation macroscopique du fluage du béton ne permet pas d'expliquer la variabilité du fluage d'une formulation de béton à une autre. En effet, les paramètres des modèles macroscopiques ne peuvent être identifiés que par l'analyse de résultats expérimentaux obtenus par des essais réalisés sur des éprouvettes de béton. Ces paramètres ne sont valables que pour une formulation donnée. L'identification de ces paramètres conduit donc à des programmes expérimentaux très coûteux et ne fournit pas suffisamment d'informations sur la sensibilité des paramètres macroscopiques à la variabilité des caractéristiques mécaniques et morphologies des constituants. Dans ce travail, on suppose qu'il existe une échelle microscopique à laquelle les mécanismes moteurs du fluage ne sont pas impactés par la formulation du béton. A cette échelle, celle du C-S-H, les propriétés viscoélastiques peuvent être considérées avoir un caractère intrinsèque. L'influence de la formulation ne concerne alors que les concentrations des différents hydrates. Trois approches, analytiques, semi-analytiques et numériques sont alors proposées pour estimer, par une homogénéisation multi-échelle, les propriétés viscoélastiques macroscopiques du béton à partir des propriétés de ses constituants ainsi qu'à partir de sa microstructure. Ces approches sont basées sur l'extension des schémas d'homogénéisation élastique au cas viscoélastique au moyen du principe de correspondance qui utilise la transformée de Laplace-Carson. Les propriétés effectives sont alors déterminées directement dans l'espace de Carson. Par la suite, celles dans l'espace temporel sont obtenues par la transformée inverse. Les approches proposées apportent des solutions aussi bien dans un cadre général que sous certaines hypothèses restrictives : coefficient de Poisson viscoélastique microscopique ou macroscopique constant, module de compressibilité constant. Sur le plan théorique, deux schémas d'homogénéisation ont été étudiés : le schéma de Mori-Tanaka, basé sur le problème de l'inclusion d'Eshelby, et le schéma auto-cohérente généralisé basé sur la neutralité énergique de l'inclusion. Les résultats obtenus montrent que sous ces hypothèses restrictives, le spectre macroscopique se présente comme une famille de sous ensembles de temps caractéristiques bornés par les temps caractéristiques microscopiques. Par ailleurs, les propriétés thermodynamiques, de croissance monotone et de concavité, des fonctions de retard macroscopiques ne sont préservées par l'homogénéisation que sous certaines conditions de compatibilité des spectres microscopiques. Sur le plan pratique, les méthodes développées ont été appliquées pour construire la complaisance de fluage propre macroscopique du béton en connaissant les données communes de toutes sortes de bétons et celles correspondant à une formulation donnée. Les résultats expérimentaux disponibles sont alors exploités pour analyser le caractère intrinsèque des propriétés viscoélastiques à l'origine du fluage du béton

Ce travail présente une méthode mixte expérimentale-numérique traitant des mesures mécaniques réalisées sur structures pour l'identification de propriétés matériau viscoélastiques linéaires. Les caractéristiques de ces matériaux sont complexes et dépendent de la fréquence et nous cherchons à les identifier par une approche directe et non paramétrique. Pour cela, deux méthodes d'identification adaptées au traitement des mesures de champs de réponses en fréquences sont présentées. Cellesci utilisent les données fréquentielles, sans analyse modale expérimentale. Les champs expérimentaux sont obtenus par vibromètrie laser et les champs numérique par la méthode des éléments finis. Nous utilisons un modèle volumique adapté à l'étude des structures minces et épaisses pour l'analyse numérique. Les applications se basent sur des plaques simples ou multicouches. Les résultats sont corrélés avec des mesures DMA et des identifications à partir de données modales identifiées.

La prédiction du comportement à long terme des matériaux cimentaires est un enjeu majeur pour contribuer à l'étude de la durabilité des structures précontraintes. Le présent travail porte sur l'utilisation de la méthode de l'inclusion équivalente, approche d'homogénéisation multi-échelle simplifiée, pour la prédiction du fluage dans ces matériaux. Le fluage est modélisé par la viscoélasticité linéaire sans vieillissement. La méthode de l'inclusion équivalente permet de contourner certaines difficultés et limitations que présentent les approches classiques. Pour les matériaux cimentaires, fortement hétérogènes, les approches multiéchelles classiques sont ou bien numériquement lourdes et très complexes à mettre en œuvre, ou bien pas suffisamment détaillées pour prendre en compte les spécificités d'une microstructure. La méthode de l'inclusion équivalente présente un juste-milieu et permet de calculer des microstructures simplifiées de type matrice-inclusions et de fournir des estimations ou des bornes sur le comportement homogénéisé. Sous sa forme variationnelle, la méthode de l'inclusion équivalente n'a jusqu'alors été mise en œuvre que pour des inclusions de forme sphérique. Le présent travail propose d'étendre cette méthode à des inclusions de forme ellipsoïdale dont la variation de l'élancement permet de modéliser de nouveaux éléments asphériques tels que les fissures, les fibres et les cristaux de portlandite. Cette complexification de la géométrie a un impact sur le temps de calcul, qui est amplifié dans le cadre du fluage. Le second volet du travail porte alors sur l'extension de la méthode de l'inclusion équivalente à la viscoélasticité linéaire sans vieillissement par l'intermédiaire de la transformée de Laplace-Carson. Une méthodologie efficace (tant du point de vue de la précision que de celui du temps de calcul) est finalement proposée pour effectuer l'inversion numérique de cette transformée / The prediction of long-term behaviour of cementitious materials is a major concern which contributs to the study of the durability of prestressed structures. This work focuses on the use of the equivalent inclusion method, simplified multi-scale homogenization approach, for the prediction of creep in these materials. Creep is modelled by the non-ageing linear viscoelasticity. The equivalent inclusion method overcomes certain difficulties and limitations posed by conventional approaches. For cementitious materials (highly heterogeneous), conventional multi-scale approaches are, either digitally heavy and complex to implement, or not sufficiently detailed to take into account the specificities of a microstructure. The equivalent inclusion method presents a middle way and allows the calculation of simplified matrix-inclusion type microstructures and to provide estimates or bounds on the homogenized behaviour.Under its variational form, the equivalent inclusion method has, up to now, been implemented only for spherical inclusions. This work proposes to extend this method to ellipsoidal inclusions whose variation of slenderness allows the modelling of new aspheric elements such as cracks, fibers and portlandite crystals. Such enrichment of the geometry has an impact on the computation time, that is amplified in the context of creep. The second aspect of the work then applies to the extension of the equivalent inclusion method to the non-ageing linear viscoelasticity by means of the Laplace-Carson transform. An effective methodology (both from the viewpoint of precision and calculation time) is finally proposed to perform the numerical inversion of this transform

En termes d’économie d’énergie, la réduction de trainée revêt un intérêt indéniable. Dans certains cas, ce phénomène obtenu grâce à l’ajout dans le milieu de faibles quantités d’additifs peut atteindre une réduction du frottement à la paroi, en régime turbulent, allant jusqu’à 80% comparé au fluide seul. On le retrouve dans divers domaines d’applications telles quele transport des hydrocarbures et dans les circuits d’eau de chauffage et de refroidissement.Trois systèmes qui ont la capacité de s’autoorganiser en milieux aqueux ou organique ont été étudiés dans le but de vérifier leur possible aptitude à réduire le frottement hydrodynamique.On s’est intéressé à un polysavon (80C12) composé d’un squelette polystyrène auquel sont liées des amines tertiaires portant des chaines alkyles de 12 carbones. Ce composé forme des micelles dans l’eau dont la forme cylindrique a été mise en évidence par diffusion de la lumière et Cryo-MET. L’étude du transfert de masse sur une électrode à disque tournant et les résultats rhéologiques ont mis en évidence le caractère viscoélastique qui est responsable duphénomène de réduction de frottement hydrodynamique recherché.Des études rhéologiques réalisés sur les systèmes lécithine/décane et ionomère/toluène ont permis de mettre en évidence le caractère viscoélastique des associations anisotropes de ces composés. / In terms of energy saving, drag reduction hasan undeniable interest. In some cases drag reduction with additives can reach 80% compared to pure solvent. This phenomenon has applications in many fields suchas transportation of hydrocarbons and cooling and heating systems. Three systems which have the capacity to selforganizein aqueous or organic media have been studied in order to check their possible ability to reduce hydrodynamic friction.We worked on a polysoap (80C12) based on polystyrene skeleton to which tertiary amines bearing alkyls chains of 12 carbons. This compound formsmicelles in water whose cylindrical shape has been demonstrated by light scattering and Cryo-TEM. The studies of the mass transfer on a rotating disk electrode and the rheological results have showed for the 80C12solutions several characteristics attributed to the dragreducing additives.Rheological studies on the systems lecithin/decane and ionomers/toluene, highlight the viscoelastic properties of the anisotropic associations of these compounds.

Ce travail porte sur l'étude du comportement rhéologique de fluide en milieu confiné. Pour cela le levier d'un microscope à force atomique (AFM) est utilisé pour sonder les propriétés rhéologiques d'un fluide confiné entre deux surfaces : la surface d'une sphère collée à l'extrémité du levier et une surface plane sur lequel le fluide est déposé. Le dispositif expérimental est constitué du système de mesure d'un AFM et d'un piézoélectrique permettant d'approcher ou d'éloigner de la sphère la surface plane. Un modèle analytique permet d'extraire les propriétés rhéologiques du fluide confiné à partir de la déflexion du levier induite par le pincement du fluide. Cette méthode a été validée pour les fluides newtoniens. Par contre pour les fluides non-newtoniens comme par exemple la solution de polyacrylami de nous avons trouvé que la viscosité dépend de la distance D et que le cisaillement n'est pas le seul paramètre pertinent pour interpréter les propriétés rhéologiques. / This thesis focuses on the study of the rheological behavior of confined fluids. For this purpose, the microcantilever of an atomic force microscope (AFM) is used to probe the rheological properties of a fluid confined between two surfaces, the surface of a sphere glued to the free-end of the AFM microcantilever and a flat solid surface on which the fluid is deposited. The set-up consists of an AFM, an electrical system for the deflection measurement and a piezoelectric device to move the solid surface (approach, oscillation, etc.). An analytical model allows to determine the rheological properties of the confined fluid from the measurement of the microcantilever deflection due to the hydrodynamic force exerted by the fluid on the sphere.This method has been validated for Newtonian fluids. For non-Newtonian fluids, such as polyacrylamide solution, we found that the viscosity depends on the distance D between the sphere and the plane surface and the shear rate is not the only relevant parameter for interpreting the rheological properties.