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

On entend par substitut dermo-épidermique un épiderme reconstruit à la surface d'un derme équivalent composé de fibroblastes cultivés classiquement dans un biomatériau support, souvent à base de collagène poreux ou sous forme de gel. Ce support possède ses propres propriétés biomécaniques, influant sur la réponse biomécanique globale des peaux reconstruites, nous nous sommes donc intéressés à un modèle de peau reconstruite sans support, dans lequel le derme équivalent est « auto-assemblé » par les fibroblastes néosynthétisant leur propre matrice extracellulaire (MEC). Notre premier objectif a été d'optimiser et de caractériser ce modèle auto-assemblé en termes de structure, de reproductibilité et de fonctionnalité. Notre second objectif a été d'adapter aux peaux reconstruites in vitro (PR) des outils traditionnellement utilisés pour des études in vivo, pour explorer leurs propriétés biophysiques et biomécaniques. Ces outils permettent une exploration morphologique à des résolutions différentes avec l'échographie, la tomographie à cohérence optique (OCT) et la microscopie confocale à balayage et une exploration fonctionnelle des propriétés biomécaniques des PR par cutométrie. Ces données biophysiques ont ensuite été analysées par rapport aux résultats en histologie, immunohistologie et microscopie électronique à transmission. La cinétique de culture du modèle auto-assemblé sur un temps prolongé a montré la grande stabilité de l'épiderme et le remodelage continuel de la MEC avec notamment l'augmentation des fibres de collagène et d'élastine. Au temps de culture de référence sélectionné, correspondant à l'obtention de la différenciation terminale de l'épiderme, nous avons démontré la reproductibilité des épaisseurs de l'épiderme et du derme en histologie et en OCT, de la maturité de l'épiderme et de la jonction dermo-épidermique et de l'expression dermique de l'élastine colocalisée avec la fibrilline. Sur le plan fonctionnel, nous avons démontré la fonction barrière de l'épiderme via l'imperméabilité du stratum corneum et des jonctions serrées / A skin equivalent consist of a epidermis reconstructed on the top of a dermis equivalent classically composed of fibroblasts cultured into a biomaterial scaffold which is often a collagen gel or sponge. This scaffold hold its own mechanical properties, influencing the global skin equivalent biomechanical response, so we choose to develop a scaffold-free skin equivalent (SFSE), based on the ability of fibroblasts to synthezise their own extracellular matrix. Our first objective was to optimize and characterize the structure, the reproducibility and functionality of this scaffold-free model. Our second goal was to adapt biophysical and biomechanical tools classically used for in vivo evaluation to in vitro skin equivalents. Their morphology was explored with different resolutions using echography, optical coherence tomography (OCT) and laser scanning microscopy whereas biomechanical functionality was evaluate by a suction test, the cutometry. This biophysical data were compared to more classical histological, immununohistological and transmission electronic microscopy results. The long-term culture of the scaffold-free model showed the good stability of epidermis and the continuous remodelling of MEC with notably an increase of collagen and elastin fibers. We selected a reference culture time, corresponding to the complete terminal differentiation of epidermis. At this culture time, we showed the epidermis and dermis thickness reproducibity in histology and OCT, the constant epidermis and dermo-epidermal junction maturity and the dermal expression of elastin, colocalized with fibrillin. The barrier function of epidermis was also demonstrated via stratum corneum and tight junctions impermeability

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 / Concretes are composite materials having complex microstructure and consisting of phases whose physical and mechanical properties can exhibit high contrast. Difficulties arise when macroscopic approaches are used to evaluate their effective behaviors such as the creeping one. Despite thesedifficulties, EDF has to be endowed with tools allowing to model in a predictive way the evolution of concrete structures in service or to prescribe the specifications of concrete for new facilities. Aimed to contribute to solving this problem, this thesis develops multi-scale numerical methods for the computation of structures made of highly heterogeneous elastic or viscoelastic materials. More precisely, this thesis comprises three parts. In the first part, we focus on a composite consisting of an elastic matrix reinforced by elastic inclusions which may be of any geometric shapes and whose volume fraction can be significant. To model this composite material, a first numerical approach which combines the standard extended finite element method (XFEM) and the classical level-set method (LSM) is used. We show that this numerical approach, which appears natural, leads in fact to several numerical artefacts having not been reported in the literature, giving rise in particular to non-optimal convergence with respect to the fineness of the mesh. In view of this, we develop a new numerical approach based on the description of the interfaces with multiple level sets and augmented enrichment so as to account for multiple interfaces in a single finite element. We demonstrate through examples and benchmarks that the proposed method significantly improves convergence compared to the first numerical approach. In the second part, we elaborate a new method to compute the creeping of structures formed of linearly viscoelastic heterogeneous materials. Unlike the approaches proposed up to now, our method operates directly in the time space and allows to sequentially extract the homogenized properties of a linearly viscoelastic heterogeneous material. Precisely, the components of the effective relaxation tensor of the material is first obtained from a representative volume element and sampled over time. An interpolation technique and an implicit algorithm are then used to numerically evaluate the time-dependent response of the material through a convolution product. The creeping of structures is finally calculated by the classical finite element method. Various tests are performed to assess the quality and effectiveness of the proposed method, showing that it can give a gain of time of the order of several hundreds compared to approaches such as multi-level finite element. The third part of the thesis is devoted to the study of the structure of containment of a nuclear reactor. We consider four scale levels associated with cement paste, mortar, concrete and a pre-stressed concrete structure with steel cables. The numerical method of homogenization developed in the second part is applied to construct the constitutive equations for each of the first three scale levels. The results thus obtained are useful for solving some practical problems posed by EDF

The scope of this research concerns the passive damping of structural vibrations by the use of viscoelastic layers. It is motivated by the need for efficient numerical tools to deal with the medium frequency behaviour of industrial viscoelastic sandwich products. The sandwich modelling technique is based on the use of an interface element: the two deformable plates are modelled by special plate elements while the intermediate dissipative layer is modelled with interface elements. This interface element is based on the first-order shear deformation theory and assume constant peel and shear stresses in the polymer thickness. This element couples the lower and upper layers without additional degrees of freedom. The partition of unity finite element method (PUFEM) is applied to the development of enriched Mindlin plate elements. The element shape functions are obtained as the product of<p>partition of unity functions with arbitrary chosen enrichment functions. Polynomial enrichment leads to the generation of high-order polynomial shape functions and is therefore similar to a p-FEM technique. Numerical examples illustrate the use of both PUFEM Mindlin plate elements and interface elements for the simulation of viscoelastic sandwich structures. / Doctorat en sciences appliquées / info:eu-repo/semantics/nonPublished

L’industrie pétrolière s’intéresse aujourd’hui à la possibilité de remplacer certaines brasures par des joints adhésifs rendus conducteurs par leur fort taux de charges conductrices dans les outils électroniques. Ces outils évoluent aujourd’hui à des hauts niveaux de température et de pression pendant leur vie en service. L’utilisation de joints adhésifs pose donc automatiquement la question de leur fiabilité à long terme. L’étude de leur tenue en fatigue, et de l’influence du vieillissement sur cette tenue en fatigue devient nécessaire pour le déploiement final de ces joints. Cette thèse se propose de répondre à une double question : la prédiction de la durée de vie de deux colles commerciales dans les outils électroniques et l’influence du vieillissement de ces colles sur cette prédiction. Deux vieillissements différents ont été mis en œuvre : un vieillissement à l’air libre et un vieillissement inerte (sous argon) confiné.Dans un premier temps, une caractérisation expérimentale du comportement viscoélastique des colles a été menée. Elle met en particulier l’accent sur les non-linéarités induites par les deux paramètres de chargements retenus que sont le cisaillement et la pression hydrostatique.Dans un deuxième temps, une étude plus fine de la microstructure a été effectuée numériquement. Une série d’hypothèses de modélisation a été faite. Les résultats de ces calculs - plutôt qualitatifs - permettent de dégager les tendances sur l’influence de la présence des charges conductrices sur la réponse macroscopique du joint adhésif.Enfin, la tenue en fatigue des joints et sa dépendance à leur vieillissement a été abordée expérimentalement. L’influence de l’atmosphère et du confinement pendant le vieillissement sur l’évolution de la tenue en fatigue a été mise en évidence pour les deux colles étudiées dans cette thèse. Les résultats obtenus ont permis de proposer des lois de fatigue dont certains paramètres dépendent du vieillissement. / The substitution of soldering by electrically conductive adhesive bonding in electronic assemblies is of growing interest in the oil-and-gas industry. These electronic assemblies should nowadays work at high temperature and pressure levels during their service lives. The question of the long-term reliability of adhesive bonding becomes in this context a critical issue. The study of the fatigue strength of adhesive joints as well as the influence of ageing on this strength is therefore crucial for the final deployment of adhesive bonding. This work aims at addressing this fatigue lifetime prediction for two different commercial adhesives in electronic tools, and studying the influence of ageing on the lifetime prediction. Two types of ageing were implemented: an open-air ageing and a confined inert ageing (under Argon).An experimental characterization of the viscoelastic behavior of the two adhesive joints was first carried out. In particular, the non-linearities due to each of the loading parameter (simple shear and hydrostatic pressure) were highlighted and modeled.The microstructural heterogeneity brought by the metallic conductive fillers was then numerically studied. The numerical model introduces several approximations that make the results qualitative, but they highlight the influence of the fillers on the global macroscopic behavior of the adhesive joint.The question of the fatigue strength of adhesive joints and its evolution with ageing is finally experimentally addressed. The influence of the atmosphere and confinement of ageing on the lifetime prediction is clearly noticed for the two joints studied in this work. Fatigue criteria with some of the parameters evolving this ageing are proposed to fit the results experimentally obtained.

La prévision du comportement mécanique macroscopique de matériaux hétérogènes à partir des propriétés de leurs constituants est possible pour diverses classes de comportement (élastique, viscoélastique, etc) et ce, grâce à la théorie de l'homogénéisation. Néanmoins l'extension de cette théorie pour des matériaux possédant un comportement viscoélastique non linéaire (ou élasto-viscoplastique) reste une question ouverte à laquelle nous nous attaquons dans ce travail afin de prédire le comportement macroscopique des combustibles oxydes mixtes uranium-plutonium (MOX) utilisés dans les réacteurs nucléaires à eau sous pression (REP) français. Dans cette optique des solutions analytiques et purement nunériques ont été obtenues et le modèle retenu est utilisé pour simuler le comportement des combustibles / The prediction of the macroscopic mechanical behavior of heterogeneous materials from the properties of their constituents is possible for various classes of behavior (elastic, viscoelastic, etc.) thanks to the theory of homogenization. Nevertheless, the extension of this theory for materials with a non-linear (or elasto-viscoplastic) viscoelastic behavior remains an open question that we are tackling in this work in order to predict the macroscopic behavior of uranium-plutonium (MOX) mixed oxide fuels used in french pressurized water reactors (PWRs). From this perspective analytical and purely numerical solutions have been obtained and the model adopted is used to simulate the behavior of fuels.

Ce travail présente une méthode de calcul rapide de déformations et de forces mécaniques destinée à la simulation d'applications chirurgicales. La simulation de chirurgie vise à offrir aux praticiens des outils leur permettant de pratiquer des entraînements intensifs et de pouvoir planifier avec précision certaines interventions. La conception de tels simulateurs nécessite de disposer de modèles géométriques et mécaniques précis des organes du corps humain, et d'algorithmes de calcul suffisamment rapides pour être capable d'utiliser ces modèles dans des conditions de temps réel. La plupart des simulateurs existants utilisent des modèles mécaniques extrêmement simples, basés sur les lois de l'élasticité linéaire. Or de nombreux résultats de biomécanique indiquent que les tissus biologiques se comportent selon des lois beaucoup plus complexes, incluant des effets non-linéaires et visco-élastiques importants. Pour cette raison, nous avons développé une méthode permettant le calcul rapide de déformations et de forces incluant des effets mécaniques non-linéaires et visco-élastiques. Cette méthode utilise la théorie des éléments finis et a été conçue comme une extension de l'algorithme dit des masses-tenseurs pour l'élasticité linéaire. Son principe consiste à pré-calculer un certain nombre de tenseurs dépendant des caractéristiques géométriques et mécaniques de chaque élément fini, qui sont ensuite combinés dans la phase de simulation proprement dite. Notre modèle non-linéaire ne présage d'aucune forme particulière de loi mécanique, de sorte que la méthode proposée est suffisamment générique pour s'appliquer à une grande variété de comportements et d'objets. Après la description de l'algorithme, de ses performances en terme de temps de calcul et de ses conditions de stabilité numérique, nous démontrons que cette méthode est capable de reproduire avec précision le comportement mécanique d'un tissu biologique mou. Ce travail s'inscrivant plus spécifiquement dans le cadre du développement d'un système de simulation de la cryochirurgie du foie, nous avons étudié expérimentalement les propriétés du foie lors de sa perforation par une aiguille à biopsie. Le modèle de masses-tenseurs non-linéaire et visco-élastique construit à l'aide des paramètres expérimentaux a pu reproduire avec une bonne précision les propriétés observées. / This work presents a method for the fast computation of mechanical deformations and forces for the simulation of surgical applications. Surgery simulation aims at providing physicians with tools allowing extensive training and precise planning of given interventions. The design of such simulation systems requires accurate geometrical and mechanical models of the organs of the human body, as well as fast computation algorithms suitable for real-time conditions. Most existing simulation systems use very simple mechanical models, based on the laws of linear elasticity. Numerous biomechanical results yet indicate that biological tissues exhibit much more complex behaviour, including important non-linear and visco-elastic effects. For this reason, we developed a method allowing the fast computation of mechanical deformations and forces including non-linear and visco-elastic effects. This method uses finite element theory and has been constructed as an extension of the so-called tensor-mass algorithm for linear elasticity. It consists in pre-computing a set of tensors depending on the geometrical and mechanical properties of each finite element, which are later combined in the simulation part itself. Our non-linear model does not assume any particular form of mechanical law, so that the proposed method is generic enough to be applied to a wide variety of behaviours and objects. Following the description of the algorithm, of its performances in terms of computation time, and of its numerical stability conditions, we show that this method allows to reproduce the mechanical behaviour of a biological soft tissue with good precision. As this project is part of a broader effort aiming more specifically at developing a simulation system for liver cryosurgery, we experimentally characterized the properties of liver in perforation by a biopsy needle. The non-linear and visco-elastic tensor-mass model constructed from experimental parameters succeeded in accurately reproducing the observed properties.

Dans le cadre de cette thèse, nous nous intéressons aux différents comportements de fluides structurés (solutions aqueuses de polymères, suspensions), sous écoulements cisaillés. Dans la première partie, nous donnons une description globale des objets constituant le matériau en utilisant une modélisation structurelle, d'une part et en effectuant des mesures de biréfringence pour qualifier l'anisotropie des objets, d'autre part. A travers la loi tentio-optique, nous montrons que le comportement des objets ne dépend que de la contrainte appliquée. En outre, nous étudions les conditions de mesures objectives pour mener une caractérisation rigoureuse, en comparant des mesures de fluage et d'oscillations et en utilisant une approche analytique. Ce qui va permettre de développer une méthode d'identification des paramètres viscoélastiques et leurs évolutions sous cisaillement, dans le régime linéaire et non linéaire. La deuxième partie concerne les écoulements bidimensionnels de ces fluides dans une géométrie de cylindres coaxiaux centrés et excentrés, à grand entrefer. Le dispositif expérimental est validé par des mesures sur un fluide newtonien. L'objectif est d'étudier le comportement local de différents fluides en utilisant la technique de la PIV. Pour cela, nous réalisons un dispositif expérimental fiable et suffisamment précis pour accéder au champs de vitesse instantané dans tous l'entrefer. Les mesures nous permettent d'accéder à la loi de comportement locale de chaque matériau que nous comparons avec la loi de comportement globale donnée par le rhéomètre dans le cas de la géométrie centrée. De plus, des simulations numériques sur Fluent, ont été effectuées pour compléter notre étude. Les résultats obtenus pour des écoulements laminaires, de différents fluides: newtonien, peu rhéofluidifiant, très rhéofluidifiant, montrent qu'il est possible de décrire et prédire le comportement des fluides newtoniens et faiblement rhéofluidifiants mais les modèles classiques existants dans Fluent ne sont pas capables de décrire le comportement des fluides très rhéofluidifiant qui présentent une très forte hétérogénéité des gradients de vitesse dans l'entrefer / Under this thesis, we look at the different behaviors of structured fluids (aqueous solutions of polymers, suspensions) under sheared flow. In the first part, we give a comprehensive description of the items constituting the material using a structural modeling, on the one hand and carrying out birefringence measures to qualify anisotropy objects on the other. Through the tentio-law, we show that the behavior of objects depends only on the applied stress. In addition, we study the conditions of objective measures to conduct a rigorous characterization, comparing creep and oscillations measures, and using an analytical approach. This will help develop a method for identifying viscoelastic parameters and their developments under shear, in both a linear and a no linear regime. The second part concerns the two-dimensional flows of fluids in a coaxial cylinder geometry centered and eccentred, in a wide gap. The objective is to study the local behavior of different fluids using the PIV technic. To do this, we realize an experimental reliable and accurate enough, in all the gap. The experimental device is validated by measurements on a Newtonian fluid. The measures allow to access the local law behavior of each material that we compare with the overall behavior of law given by the rheometer in the case of centered geometry . In addition, digital simulations on Fluent, were made to complement our study. The results for laminar flow, for different fluids: newtonian, little rhéofluidifiant and very rhéofluidifiant, show that it is possible to describe and predict the behavior of some fluid but the existing model in Fluent can not describe the behavior of very rheofluidifiant fluids which have a very strong heterogeneity gradients speed in the gap.

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 / Concrete can be considered as a multiscale heterogeneous material in which elastic inclusions, i.e., aggregates, are embedded in a viscoelastic matrix which corresponds to the hardened cement paste. At the cement paste scale, the hydration process leads to a partially saturated porous multiphase medium whose solid skeleton is mainly constituted of the C-S-H gel, the other hydrates being crystalline solids. The gel-like properties of the C-S-H are essentially related to the existence of strongly adsorbed structural water in the interlayer nanospace. It is well admitted that this feature is the microscopic origin of the creep mechanism of C-S-H and therefore of concrete at the macroscale. This viscoelastic behavior can be explained by a rearrangement of the nanostructure of the C-S-H component due to a macroscopically applied loading. Therefore, the macroscopic modeling of concrete creep does not allow explaining the variability of creep with respect to the concrete mix. Indeed, the identi?cation of the viscoelastic parameters of macroscopic models requires performing creep tests at the concrete scale. Thus, the validity of the identi?ed parameters is limited to the concrete mix under consideration and the identi?cation process does not permit to carry out the influence of the microstructure and the mechanical constituent properties on the macroscopic creep. In this work, we assume that there exists a microscopic scale at which the driving creep mechanisms are not affected by the concrete mix. At this scale, the C-S-H one, the viscoelastic properties can be considered to be intrinsic. The concrete mix will essentially influence the volume fraction of the hydrates. Analytical, semi-analytical and numerical approaches are developed in order to derive, by multi-scale homogenization, the macroscopic viscoelastic properties of concrete on the basis of the knowledge of the microscopic properties, of the constituents together with the knowledge of the mix-dependent microstructure. These approaches consist in extending results of elastic homogenization schemes to viscoelasticity with the help of the correspondence principle using the Laplace-Carson transform. Therefore, the effective properties are obtained in a straightforward manner in the Carson transform space, which requires the transform inversion in order to determine the time evolution of these properties. The proposed models permit to answer to this requirement, both under some restrictive assumptions (constant Poisson's ratio at either microscopic or macroscopic scale, constant bulk microscopic modulus) and in a general way. At the theoretical level, two homogenization schemes are investigated : the Mori-Tanaka scheme based on the Eshelby solution and the Generalized Self Consistent scheme, based on the energetic neutrality condition of the inclusion. The obtained results show that under the aforementioned restrictive conditions, the macroscopic creep spectrum presents as a family of sets of retardation times which are bounded by two successive microscopic characteristic times. Furthermore, the monotonically increasing and concavity features of the macroscopic creep compliance, which derive from thermodynamic considerations, are not always preserved, except if some compatibility conditions are ful?lled by the microscopic spectrums. From the practical point of view, these methods developed are used to establish the complaisance creep function of concrete from the knowledge of the common data of all types of concrete, as well as the other parameters that characterize a given formulation. Hence, by a back-analysis of creep tests obtained on cement paste or on concrete, the intrinsic basic creep properties of the gel C-S-H are estimated

Ce travail a été effectué dans le cadre du projet Rem3D® dans lequel participent plusieurs entreprises avec l'objectif de développer un logiciel d'injection en 3D par éléments finis. L'objectif est de développer une méthode numérique pour modéliser le comportement viscoélastique des polymères de l'état solide à l'état liquide à travers une approche multiphasique qui est largement utilisé pour traiter le problème de l'interaction fluide-structure (IFS). La philosophie est d'utiliser une formulation mixte de trois champs (u, v, p) (déplacement, vitesse, pression), où u et v représentent les principales variables de déformation et de vitesse de déformation. Nous sommes amenés au problème de Navier-Stokes compressibles avec l'extra-contrainte, qui est résolu en utilisant la méthode des éléments finis mixte. Le présent travail contribue aussi certains éléments de stabilisation pour la simulation numérique des problèmes multiphasiques par l'approche monolithique.Comparaison entre la littérature et l'expérience est accompli par la validation du cas élastique et cas modèle viscoélastique de Kelvin-Voigt dans le lagrangien approche ainsi qu'eulérien approche. L'extension de la méthodologie au modèle visco-hyper-élastique est débuté par la modélisation et la validation au point matériel, puis l'implémentation dans la bibliothèque des éléments finis CimLib®. Enfin, un schéma stabilisation de résolution du type EVSS est adopté pour le modèle viscoélastique de Kelvin-Voigt, le modèle visco-hyper-élastique de Néo-Hookean, et aussi le modèle visco-hyper-élastique qui propose une prometteuse porte ouverte dans la simulation et modélisation, non seulement pour la viscoélasticité, mais aussi pour les applications dynamique complexes. / This work concerns the simulation of viscoelastic behavior of polymer at different states. Viscoelastic modeling of polymer was performed from the solid state to the liquid state via a multiphase approach which is largely used to deal with the fluid structure interaction. To ensure the appreciation of the FSI, viscoelasticity is considered in two parts: an elastic one and viscous other where the main idea is to use a mixed formulation in three fields (u, v, p) (displacement, velocity, pressure), with u and v, represented the primary variables of a strain and a strain rate formulation. We are led to the Navier-Stokes compressible problem with extra-stress, which is solved by using the Mixed Finite Element. The present work contributes some stabilization elements to the numerical simulation of multiphase problem by the monolithic approach.Comparison between the literature and experiments was performed through the validation of an elastic case and the viscoelastic Kelvin-Voigt model in the context of Lagrangian framework as well as Eulerian framework. The extension of the methodology to a visco-hyper-elastic is given through the modeling and validation on material point on the finite elements library CimLib®. Finally, a stabilization scheme of the EVSS type is adopted for viscoelastic Kelvin-Voigt model, hyper-elastic Neo-Hookean model, and also visco-hyper-elastic model which proposed an open door in computational modeling, not only with viscoelasticity but also complex dynamic application.