Orientadores: Marcelo Cristianini, Albert Ibarz / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-19T16:47:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Augusto_PedroEstevesDuarte_D.pdf: 1976096 bytes, checksum: a2886b4fb55c12282722d43633096c70 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: A homogeneização a alta pressão (HAP) tem sido estudada por diversos autores como metodologia não térmica para a conservação de alimentos, especialmente produtos de frutas. Trabalhos realizados com esses produtos e testes industriais indicam aumento de consistência devido a HAP. No entanto, poucos trabalhos da literatura estudam alterações físico-químicas em produtos de frutas devido à HAP, especialmente em relação às características reológicas. A avaliação de tais alterações é essencial não só para o entendimento e dimensionamento do processo, mas também permite a utilização do método para provocar alterações intencionais e desejáveis em alimentos, como aumento de consistência. O presente trabalho estudou o efeito da homogeneização a alta pressão (HAP) nas características reológicas de suco de tomate. Na primeira parte do trabalho, avaliaram-se as propriedades reológicas dependentes do tempo, em estado estacionário e de viscoelasticidade linear de sucos não processados, determinando assim as técnicas e os modelos matemáticos mais adequados para utilização nas demais etapas do projeto. Em seguida avaliou-se o efeito da HAP nas características reológicas de um modelo de soro de suco de tomate. A HAP reduziu a viscosidade do modelo, sendo tal redução modelada como função da pressão de homogeneização (PH). Avaliou-se então o efeito da HAP no suco. A HAP reduziu o tamanho das partículas em suspensão, assim como sua distribuição, promovendo maior interação entre partículas e entre partículas e o soro. Como consequência, resultou em aumento da consistência, tixotropía, comportamento viscoso e elástico dos produtos. O efeito da PH se mostrou assintótico, sendo discutidas as razões para tal, modelando-se os parâmetros obtidos como função da PH. Por fim, avaliou-se o efeito da HAP nas propriedades de deformação e relaxação do suco de tomate. Utilizando o modelo de Burger, identificaram-se os componentes estruturais do suco de tomate associados aos comportamentos reológicos. Dessa forma, o presente trabalho descreveu as mudanças estruturais associadas ao processo que afetam a reologia do produto. Conclui-se que a HAP é uma poderosa ferramenta para promoção de alterações físicas em produtos de frutas / Abstract: High pressure homogenization (HPH) has been widely studied as a non-thermal method for food preservation. Industrial assessments and scientific works have demonstrated the consistency increasing in those products due to HPH. However, just a few works in literature have studied the physico-chemical changes in fruit products due HPH processes. The evaluation of rheological changes due to HPH is important not only for process design, but also for using this technology in order to promote desirable changes in food products, such as improvement of its consistency. The present work studied the effect of high pressure homogenization (HPH) on the rheological properties of tomato juice. Firstly, it was evaluated the tomato juice time-dependent, steady-state shear and viscoelastic properties. This first part was carried out in order to evaluate the rheological methods and mathematical models to be used in the work. Then, it was evaluated the effect of HPH on the rheological properties of a tomato juice serum model. The HPH decreased the serum model viscosity, which was modelled as function of the homogenization pressure (PH). The HPH effect on tomato juice was then evaluated. The HPH decreased the suspended particle dimensions and distribution, resulting in higher particle-particle and serum-particle interaction. As a result, it was observed an increasing in product consistency, thixotropy, viscous and elastic behaviour. The effect of PH showed an asymptotic behaviour, which was described and modelled. Finally, it was evaluated the effect of HPH on tomato juice creep and recovery properties. The mechanical Burger model well explained the juice creep compliance, and its parameters were associated to the juice structural components. Therefore, the present work described the tomato juice structural and rheological changes due to HPH processing. It was concluded that the HPH process is a valuable tool to promote physical properties changes in food products / Doutorado / Tecnologia de Alimentos / Doutor em Tecnologia de Alimentos

Orientador : Rosiane Lopes da Cunha / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-04T02:36:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sato_AnaCarlaKawazoe_M.pdf: 1482214 bytes, checksum: 6d3d861dcc6236f5bb792d5187073a03 (MD5) Previous issue date: 2005 / Mestrado / Engenharia de Alimentos / Mestre em Engenharia de Alimentos

Un réseau acrylate amorphe a été fabriqué au laboratoire. Une caractérisation de ses propriétés mécaniques par des essais quasi-statiques et cycliques en traction uniaxiale à différentes températures a été effectuée. Puis, des essais qualifiant et quantifiant la propriété de mémoire de forme de ce matériau ont été menés en appliquant des cycles thermomécaniques de traction uniaxiale. Durant cette étude expérimentale, plusieurs paramètres d'essais ont été variés afin d'estimer leur influence sur la propriété de mémoire de forme. Enfin, afin d'étendre les applications mémoire de forme des réseaux polymères, deux études supplémentaires ont été conduites. La première vise à la réutilisation du matériau pour des applications mémoire de forme. La seconde étude vise à renforcer le matériau obtenant un matériau composite pour améliorer sa propriété de retour de forme sous contrainte (en retour de ‘'force'').Afin d'améliorer la conception d'applications des polymères à mémoire de forme, un modèle grandes déformations, combinant les propriétés viscoélastiques et l'équivalence temps--température du matériau, a été choisi pour prédire le comportement et la mémoire de forme du réseau acrylate et ses composites. Le modèle existant dans les librairies matériaux du code éléments finis Abaqus permet de simuler numériquement les cycles thermomécaniques appliqués expérimentalement de manière exacte. Les résultats issus des simulations ont montré une bonne représentation des mesures expérimentales, reproduisant les effets des paramètres du cycle de mémoire observés expérimentalement. Une analyse des paramètres du modèle est proposée mettant en évidence la sensibilité de la propriété de mémoire de forme aux propriétés d'équivalence temps-température mesurées expérimentalement. / A chemically crosslinked amorphous acrylate network has been prepared in the laboratory. Its mechanical properties were characterized by quasi-static and cyclic uniaxial tensile tests, while varying the temperature. The shape memory property of the polymer was recognized by the application of specific thermomechanical cycles in uniaxial tension (free-length and constrained-length recovery). During the experimental study, the thermomechanical cycle parameters were varied in order to study their influence on the shape memory behavior. Two additional studies were included to improve the potential applications of shape memory polymers. The first study targeted the use of the material shape memory property for subsequent shape memory cycles. The second study aimed at improving the material shape memory properties during fixed length heating (constrained-length recovery) by adding fillers .In order to improve the shape memory polymers application design, a large strain model, combining the material viscoleasticity and its time-temperature superposition property, was chosen to predict the shape memory behavior of the material. The model features, existing in the material behavior libraries of the finite element code Abaqus, allowed simulating numerically the experimental thermomechanical shape memory cycles. Results of the simulations showed good agreements when compared with the experimental results, reproducing the shape memory cycles influence to loading parameters. A parameter sensitivity analysis revealed the shape memory property dependence on the time-temperature superposition.

Dans la fabrication de lentilles asphériques pour la photolithographie, l’étape delissage est critique. C’est aujourd’hui le seul procédé qui peut corriger les défauts de hautesfréquences spatiales responsables de diffusions parasites, de diminutions de transmittance etde contraste. Cette opération doit préserver la forme asphérique basse fréquence tout enlissant les défauts de hautes fréquences. Un tel comportement peut être obtenu pour des outilscombinant une couche continue flexible pour le suivi basse fréquence et une couche de poixfractionnée pour le lissage de défauts hautes fréquences. Les buts principaux de cette étudesont de prédire l’efficacité de lissage et le suivi de forme de différents outils et ensuite dedéterminer l’outil permettant le meilleur compromis. A cette fin, un modèle multi-échelles estdéveloppé. A l’échelle de l’outil entier, une étude paramétrique par éléments finis permet dedéterminer les caractéristiques de la couche flexible ainsi que la force appliquée optimale afind’obtenir l’homogénéité de la pression à l’échelle de la forme asphérique globale. A l’échelle dela couche de poix, la Méthode par Eléments Discrets est utilisée pour investiguer l’interfaceoutil-pièce. Un modèle basé sur le concept de la poutre cohésive viscoélastique est développé,prenant en compte la réponse fréquentielle de la couche de poix. La comparaison avecl’Analyse Mécanique Dynamique montre la capacité de la DEM à modéliser le comportementviscoélastique. L’opération de lissage est ensuite modélisée par DEM et analytiquement. Lesdonnées expérimentales obtenues par la méthode de la Densité Spectrale de Puissancemettent en évidence l’impact des propriétés de la poix sur l’efficacité de lissage. Lacomparaison entre les résultats numériques et expérimentaux montre que le modèle DEMdonne des résultats prometteurs pour la modélisation du lissage de défauts. / In aspherical photolithography optics manufacturing, the smoothing step iscritical. So far, it is the only process that can correct high spatial frequency defects, responsiblefor flare and transmission, contrast decrease. This operation must preserve the low frequencyaspherical shape while smoothing high frequency defects. That behavior can be obtained withtools that combine a continuous flexible layer for low frequency compliance and a fractionatepitch layer for high frequency defect polishing. The main goals of this study are predicting thesmoothing efficiency and form control of different tools, and then determining the best tool toachieve a good balance between them. To do this, a multi-scale model is developed. First, atthe whole tool scale, a finite-element parametric study yields the best characteristics for theflexible layer as well as the optimal applied force to achieve pressure homogeneity at the globalaspherical shape level. Second, at the pitch layer level, the Discrete Element Method is used toinvestigate the tool-workpiece interface. A model based on the viscoelastic cohesive beamconcept is developed, taking into account the pitch layer’s frequency response. Comparisonwith Dynamic Mechanical Analysis shows the ability of DEM to model viscoelastic behavior. Thesmoothing operation is then modeled both by DEM and analytically. Experimental data obtainedby the Power Spectral Density Method highlight the impact of pitch properties on the smoothingefficiency. Comparison between numerical and experimental data shows that the DEM modelyields promising results in defect smoothing modeling

Le crissement de frein résulte d’une instabilité vibratoire du système de freinage induite par le frottement des garnitures sur le disque. Ce phénomène se traduit par des bruits hautes fréquences, de 1kHz à 20kHz, et pouvant atteindre des niveaux de 110dB. L’objectif de cette thèse est d’enrichir la filière de simulation actuelle afin de mieux prédire ce phénomène. La taille grandissante des modèles de calcul est aujourd’hui un frein à l’utilisation de méthodes, plus complexes que la classique analyse de stabilité et coûteuses en temps de calcul. De plus, ces modèles ne rendent pas compte du comportement viscoélastique de certains composants. Dans un premier temps, l’analyse expérimentale du crissement nous permet d’identifier les points clés de la modélisation du phénomène. Ensuite, une stratégie de réduction de la taille des modèles, via la réduction de l’interface de contact et la génération de super-élément est mise au point. Puis, une méthode d’implémentation du comportement viscoélastique dans les calculs de stabilité est proposée. Enfin, une analyse de sensibilité est menée afin d’identifier les paramètres fortement influents sur l’estimation des instabilités. / Brake squeal is due to a vibrational instability of the brake system induced by the friction between the pads and the disc. It results in a high frequency noise of 1kHz to 20kHz, up to 110 dB. The objective of this thesis is to enrich the current numerical process to better predict the squeal noise. The growing size of the numerical models is now an obstacle to the use of methods, more complex than the conventional stability analysis, but time consuming. Moreover, these models do not take into account the viscoelastic behavior of some component. First, the experimental analysis of squeal allows us to identify the key points of the modeling of brake squeal. Then, a strategy in order to minimize the size of the model, thanks to the reduction of the contact interface and super-element generation is developed. Then, a method for integrating viscoelastic behaviour in stability analysis is proposed. Finally, a sensitivity analysis is performed to identify highly influential parameters on the estimation of instabilities.

L’arthrose du genou est une maladie rhumatismale dégénérative touchant tous les tissus de l’articulation. Elle est classée parmi les dix affections les plus invalidantes dans le monde et l’absence de traitement curatif efficace en fait un véritable problème de santé publique. Dans le cas d’arthrose post-traumatique, les lésions méniscales sont fréquentes et entravent leurs fonctions de répartition des efforts, d’absorption des chocs et de stabilité. Les objectifs de ce travail de thèse sont (1) d’analyser les changements de propriétés mécaniques des ménisques à un stade précoce de développement de l’arthrose et de les corréler avec les modifications morphologiques, biochimiques et microstructurales, et (2) d’évaluer l’effet d’une thérapie de viscosupplémentation commerciale. Le modèle d’arthrose post-traumatique choisi dans cette étude est la rupture du ligament croisé antérieur chez le lapin. Les ménisques de lapins sains, arthrosiques non traités et arthrosiques traités ont été caractérisés six semaines après l’opération par un score macroscopique, puis par indentation – relaxation grâce au développement d’une méthode de test adaptée, ainsi que par microspectroscopie Raman, microscopie confocale biphotonique et histologie. Cette étude a révélé la formation de lésions à la surface des ménisques arthrosiques et une diminution de leurs propriétés viscoélastiques, s’expliquant par une désorganisation de leurs fibres de collagène et une diminution de leur quantité de glycosaminoglycanes. Bien que le traitement améliore significativement l’état de surface des ménisques et joue un rôle dans la régulation des glycosaminoglycanes, il a peu d’effet sur l’organisation des fibres de collagène et sur les propriétés viscoélastiques. Ce travail de thèse apporte une meilleure compréhension des modifications affectant le ménisque, dans l’optique de développer de nouveaux traitements. / Knee osteoarthritis (OA) is a rheumatic degenerative disease affecting all tissues of the joint. It is classified among the ten most disabling affections in the world and the lack of efficient curative treatment makes it a real public health issue. In case of post-traumatic OA, meniscal tears are frequent and interfere with their functions of load distribution, shock absorption and stability. The aims of this work are (1) to analyze the changes of mechanical properties of the menisci at an early stage of OA development and to correlate them with morphological, biochemical and microstructural modifications, and (2) to assess the effect of a commercial viscosupplementation therapy. For this study, an anterior cruciate ligament transection model of post-traumatic OA was used in rabbits. Menisci from healthy, non-treated OA and treated OA rabbits were characterized six weeks after surgery through macroscopic grading, indentation-relaxation with the development of an adapted test method, Raman microspectroscopy, biphotonic confocal microscopy and histology. This study revealed the formation of tears at the surface of OA menisci and a decrease in their viscoelastic properties, which was explained by a disorganization of their collagen fibers and a decrease in their glycosaminoglycan content. Although the treatment significantly improves the surface integrity of the menisci and plays a role in the glycosaminoglycan regulation, it has little effect on the organization of their collagen fibers and on their viscoelastic properties. This work brings a better understanding of the disease processes affecting the meniscus, for the purposes of developing new treatments.

L'avance technologique a encouragé, au cours de la dernière décennie, la fabrication et l'utilisation de nouveaux matériaux, ayant des propriétés innovantes et un comportement complexe. Leur développement a été conditionné par la nécessité d'augmenter l'efficacité de certains procédés technologiques, dans des domaines importants tels que la médecine, la fabrication de médicaments, de produits cosmétiques, de produits alimentaires, la production d'énergie, le recyclage des matériaux usagés, par exemple par l'industrie des transports dont la construction automobile. Dans le cadre de cette étude, nous nous sommes intéressés au comportement de fluides issus de ces matériaux complexes. En effet, leur développement, leur production et leur utilisation sont conditionnés par la compréhension et la modélisation de leur rhéologie, tant au niveau macroscopique que microscopique, voire même nanométrique. La rhéologie d'un fluide est implicitement déterminée par ses propriétés de viscosité, d'élasticité et de plasticité. Un grand intérêt a toujours été porté au comportement viscoélastique des matériaux, la viscoélasticité d'une matière étant la propriété à manifester simultanément un comportement rhéologique visqueux et élastique, quand elle est soumise à une déformation, en raison de l'application d'une tension. La caractérisation rhéologique d'un liquide suppose la détermination du tenseur de tension supplémentaire, présent dans l'équation de mouvement, provenant de mesures rhéométriques. L'expression de ce tenseur, qui dépend de la déformation et de la vitesse de déformation, s'appelle la relation ou loi constitutive. La détermination du comportement rhéologique des fluides, / This paper was dedicated exclusively to the rheological characterization of simple and complex fluids and a detailed analyze of available rheometric testing procedures. Throughout this thesis the rheological behavior of both simple and complex fluids has been studied and modeled in both shear and the complex motions (shear tests and squeezing tests). By linking conventional experimental test methods with numerical simulations of real flows, this thesis introduces a new concept in rheology: Computational Rheometry. All experimental investigations carried out in this study for the squeezing flows were accompanied by numerical simulations. For the oscillatory squeezing flow the influence of initial film thikness, oscillatory amplitude and frequency, computational time step was investigated by comparison with the theoretical predictions of squeeze force and a Genrealized Reynolds Equation inclued in a finite element code in Fortran. A validity domain was established for the analitical formulation of squeezing force. The constant velocity squeeze flow was investigated also using a quasi-steady approximation of the motion, which brings a significant reduction of the computational time, and a very good correlation with the transient (deformable mesh) approximation and the analytical predictions. The investigation of free surface influence on the distribution of normal force in both constant velocity and oscillatory squeeze flow was analyzed. In the case of constant velocity squeeze flow, the numerical simulations coupled with the free surface evolution and measured normal force during experimental investigations are suggesting the presence of a partial slip during the experimen

[pt] O interesse deste trabalho está baseado no estudo da influência das diferentes condições e meios de envelhecimento nas propriedades mecânicas, térmicas, estruturais e químicas do polietileno de alta densidade (PEAD) utilizado para a fabricação das tubulações para o transporte de óleo e gás. Foram fabricados corpos de prova com o formato para o teste de tração tipo V segundo a norma ASTM D638. Para o desenvolvimento deste trabalho os corpos de prova foram submetidos a diferentes tipos de envelhecimento em diferentes meios, a saber: i) radiação UV com uma energia radiante de comprimento de onda de 365 nm e tempos de exposição de 8, 12 e 18 semanas; ii) envelhecimento sob temperatura, os corpos de prova foram imersos em três diferentes tipos de óleo lubrificantes, a 50, 70 e 90 graus celsius em tempos de 2, 3, 4 e 6 meses; iii) envelhecimento sob pressão, onde os corpos de prova foram submetidos a 7, 14 e 17 bar e imersos em água corrente a 50 graus celsius durante 1 e 2 semanas e no óleo padrão BASIC OB 440 a 70 graus celsius durante 1, 2 e 5 semanas. As amostras envelhecidas foram caracterizadas por difração de raios X, espectroscopia infravermelha, espectroscopia RAMAN, calorimetria diferencial de varredura, análise termogravimétrica, ensaio de tração, ensaios de fluência, índice de fluidez, microscopia eletrônica de varredura e microscopia óptica. Os resultados das caracterizações das amostras após envelhecimento foram comparados com os resultados obtidos do PEAD virgem, cujas propriedades foram obtidas usando os mesmos métodos de caracterização. Foi avaliado, ainda, o comportamento viscoelástico do PEAD, mediante a simulação matemática dos modelos viscoelásticos, partindo dos resultados experimentais dos testes de fluência antes e após de envelhecimento. Os resultados obtidos demostraram que comportamento mecânico do PEAD após ser envelhecido foi fortemente influenciado pelas diferentes variáveis, como temperatura, pressão, meio e tempo de exposição. Sendo que a soma de cada efeito gerado por cada parâmetro contribui para a variação do desempenho mecânico do polímero. Qualquer que seja a variável externa imposta ao PEAD, temperatura, tempo, pressão ou meio de exposição, sempre acarretam alterações nas propriedades mecânicas. Porém, dependendo de qual dos parâmetros mencionados anteriormente seja o predominante, o envelhecimento do PEAD será mais ou menos relevante. Da simulação do comportamento sob fluência, o modelo dos 4 parâmetros foi quem apresentou a melhor descrição gráfica e aproximação matemática do comportamento experimental. / [en] The interest of this work was based on the study of the influence of different aging conditions and medium in mechanical, thermal, structural and chemical properties of high-density polyethylene (HDPE) used for the manufacture of line pipes for transporting oil and gas. Prototypes for type-V tensile testing according to ASTM D 638. For development this work, the samples were submitted to different types of aging in different medium, namely: i) UV irradiation with a radiant energy with 365 nm of wavelengths and exposure times of 8, 12 and 18 weeks; ii) For aging under temperature, the samples were immersed in three different types of lubricating oil, to 50, 70 and 90 celsius degree for periods of 2, 3, 4 and 6 months; iii) aging under pressure, where the samples were submitted to 7, 14 and 17 bar and immersed in ordinary water at 50 celsius degree for 1 and 2 weeks and pattern Oil BASIC B 440-70 celsius degree for 1, 2 and 5 weeks. The aged samples was characterized by X-ray diffraction, infrared spectroscopy, Raman spectroscopy, differential scanning calorimetric, thermal gravimetric analysis, tensile and creep tests, melt flow rate, scanning electron microscopy and optical microscopy. The results of the characterization of the samples after aging were compared with the results obtained from virgin HDPE, whose properties were obtained using the same characterization methods. Besides, was evaluated, the viscoelastic behavior of the HDPE, by mathematical simulation of viscoelastic models, based on experimental results of creep tests before and after aging. The results showed that mechanical behavior of HDPE after aging was strongly influenced by different variables, such as temperature, pressure, medium and exposure time. Since the sum of each effect generated by each parameter contributes to the variation of the mechanical performance of the polymer. Whichever the external variable imposed on HDPE - temperature, time, pressure, or exposure medium - always leads to changes in mechanical properties. However, depending on which of the parameters mentioned above is predominant, the aging HDPE will be more or less relevant. Simulating the creep behavior, the four parameters model was the one who presented the best graphic and mathematical description approximation of the experimental behavior.

L'objectif de ce travail est de comprendre l'influence de nano-plaquettes d'argile sur le comportement mécanique de polymères nano-renforcés. Cette compréhension nécessite une caractérisation fine de la micro-structure mais aussi l'étude du comportement mécanique de ces matériaux (en élasticité et en visco-élasticité). A l’échelle microscopique, la taille des agrégats de plaquettes d'argile et la distribution spatiale de ces agrégats ont été observées au TEM. A l’échelle nanoscopique, le d-spacing entre plaquettes d'un agrégat a été mesuré en utilisant la XRD. Ces techniques expérimentales ont permis de mettre en évidence une micro-structure intercalée. A l’échelle macroscopique, des essais de traction monotones ainsi que des essais dynamiques (DMA) ont été réalisé afin d'étudier le comportement mécanique des matériaux. Pour prédire les propriétés élastiques macroscopiques, la combinaison de deux approches a été envisagée; modèles hybrides et modèles matrice-inclusion. Cet outil permet d'anticiper les propriétés de ces matériaux sans avoir à les fabriquer ainsi que de tester simplement l'influence de la micro-structure sur le comportement macroscopique. Le schéma d'homogénéisation mis en place permet de prendre en compte la micro-structure intercalée d'une matrice polymère renforcée par des empilements de sandwiches bi-couches (plaquettes d'argile et polymère). On observe, en élasticité, un bon encadrement des données expérimentales. Une extension de cette approche en visco-élasticité a été développée. Les prédictions en visco-élasticité comparées aux données expérimentales ont fourni une bonne estimation du module complexe et des modules de conservation et de perte. / This work aims to understand the influence of nano-clay platelets on the mechanical behavior of nano–reinforced polymers. This understanding requires a good description of the micro-structure and a characterization of the mechanical behavior of these materials (elastic and visco-elastic). At the micro-scale, the size of the aggregates of nano-platelets and their spatial distribution were observed using TEM. At the nano-scale, the d-spacing between platelets within an aggregate was measured using XRD. These experimental techniques highlighted intercalated micro-structures. At the macroscale, monotonic tensile tests and Dynamic Mechanical Analysis (DMA) have been performed to study the mechanical behavior of the materials. To predict the macroscopic elastic behavior, the combination of two approaches has been considered; hybrid and matrix-inclusion models. This needed tool allows to anticipate the behavior of these materials without process them. By the consideration of the morphology into the modeling scheme, the influence of the micro-structure on the macroscopic behavior can be studied. The considered multiscale approach is able to estimate the macroscopic behavior of an intercalated nano-composite, in which a polymeric matrix is reinforced by stacks of bi-layers sandwiches (nano-clay platelets and polymer). It was observed from their comparison that the modeling predictions well bounded the experimental data in elasticity. This multi-scale approach was extended in the context of viscoelasticity and the predictions in this context were in good agreement with the experimental data for the complex modulus and for the storage and loss moduli.

Le présent travail porte sur la modélisation 3D du comportement hydromécanique du bois en général et du sapin blanc en particulier, avec la prise en compte des couplages entre les effets orthotrope, hydrique, élastique, viscoélastique et mécanosorptifs, y compris l’effet hygroverrou qui est un phénomène de blocage temporaire de la déformation en phase de séchage sous contrainte. Ce mémoire est scindé en trois grandes parties découpées en sept chapitres. La première partie examine le contexte et la problématique du comportement hydromécanique du bois. Les aspects traités vont de la structure, du phénomène hygroscopique et de l’effet de retrait/gonflement, aux divers aspects du comportement hydromécanique du bois sous humidité constante ou variable comme l’orthotropie, la viscoélasticité et les effets mécanosorptifs qui traduisent l’interaction complexe entre le chargement mécanique et les variations d’humidité. Les bases pour la modélisation sont présentées dans le deuxième chapitre, telles que la formulation incrémentale à pas de temps fini pour modéliser le comportement viscoélastique orthotrope 3D et les modèles mécanosorptifs intéressants de la littérature. A partir de cette étude bibliographique, on propose une voie pour modéliser dans ce travail l’effet mécanosorptif comme la somme de trois effets élémentaires : effet mécanosorptif irréversible, fluage mécanosorptif et effet hygroverrou. Les deux premiers effets sont modélisés par des modèles existants tandis que la modélisation de l’effet hygroverrou est l’objet d’une démarche originale dans ce travail. La deuxième partie, décomposée en deux chapitres, est consacrée à la construction du modèle de comportement 3D. Le premier chapitre présente les développements mathématiques pour l’élaboration d’un modèle analytique. Ce modèle est basé sur l’hypothèse de partition de la déformation totale en une somme de six déformations élémentaires : hydrique, élastique instantanée, viscoélastique pure, hygroverrou, mécanosorptive irréversible et de fluage mécanosorptif. Les variations de ces déformations élémentaires sont établies de manière séparée. En particulier, la loi d’évolution de la déformation hygroverrou construite sur la base d’observations expérimentales, est différente en phase de séchage et d’humidification. Une contrainte auxiliaire, introduite en respectant les principes thermodynamiques, permet de résoudre le problème de la récupération de la déformation hygroverrou en phase d’humidification en cas de contrainte nulle ou insuffisante. En parallèle, un nouveau modèlerhéologique est également proposé pour modéliser le comportement viscoélastique à humidité variable. Ce modèle, équivalent à un modèle de Maxwell généralisé et/ou à un modèle de Kelvin-Voigt généralisé, est capable de décrire le fluage aussi bien que la relaxation. Le deuxième chapitre de cette partie est consacré à la transformation du modèle analytique en une forme incrémentale à pas de temps fini. La contribution de chaque partie élémentaire est établie par résolution exacte à partir d’équations différentielles ou d’intégrales de Boltzmann. La somme des formes élémentaires ainsi obtenues conduit à la loi de comportement du modèle complet qui est similaire à celle d’un comportement thermo-élastique équivalent. Du fait de la procédure d’intégration, le pas de temps de calcul est fini mais pas nécessairement petit. Cette propriété est très importante car elle permet de réduire considérablement le temps de calcul tout en préservant une très bonne précision. La dernière partie est divisée en trois chapitres. Elle présente la mise en œuvre numérique du modèle hydromécanique à l’aide du code d’éléments finis Cast3m, suivie de la validation et d’applications à diverses classes de problèmes. L’algorithme numérique est organisé en modules indépendants. Des procédures élémentaires sont construites pour réaliser des fonctions spécifiques ; elles sont appelées selon un ordre précis par un programme principal. (...) / This work concerns 3D modeling of hydro-mechanical behavior of wood in general and the silver fir (Abies alba Mill.) in particular with taking account of the couplings between the effects: orthotropie, hydric, elastic, viscoelastic and mechano-sorptive including hydro-lock effect that is a temporary locking of the mechanical strain during a period of drying under stress. This memory is divided into three parts divided into seven chapters. The first part examines the background and the problem of hydro-mechanical behavior of wood. The aspects go from the structure, hygroscopic phenomenon and the effect of swelling/shrinkage, to various aspects of the hydro-mechanical behavior of wood under constant or variable moisture as orthotropie, viscoelasticity and mechano-sorptive effects that is the interaction complex between mechanical loading and moisture variations. The bases for modeling are presented in the second chapter, such as incremental formulation on finite time step to model the 3D orthotropic viscoelastic behavior and interesting mechano-sorptive models of literature. From this literature review, we propose a way to model in this work mechano-sorptive effect as the sum of three elementary effects: irrecoverable mechanosorptive, mechano-sorptive creep and hydro-lock effect. The first and the second effects are modeled by existing models while modeling hygroverrou effect is an original subject in this work. The second part, divided into two chapters, is dedicated to building the 3D model of behavior. The first chapter presents the mathematical developments for the development of an analytical model. This model is based on the assumption partition of the total strain by a sum of six elementary strains: hydric, instant elastic, viscoelastic pure, hydro-lock, irrecoverable mechano-sorptive and mechano-sorptive creep. Variations of these elementary strains are established separately. In particular, the evolution law of the hydro-lock strain constructed on the basis of experimental observations is different in phase of drying and moistening. An auxiliary stress introduced in accordance with thermodynamic principles, solves the problem of recovering the hydro-lock strain in the moistening phase in case with zero or little stress. In parallel, a new rheological model is proposed to model the viscoelastic behavior at variable humidity. This model, equivalent to a generalized Maxwell model and / or a generalized Kelvin-Voigt model, is able to describe the creep as well as relaxation. The second chapter of this part is devoted to the transformation of the analytical model in an incremental form on finite time step. The contribution of each elementary part is established by exact resolutionfrom differential equations or Boltzmann’s integrals. The sum of elementary forms thus obtained leads to the complete model behavior law which is similar to that of an equivalent thermo-elastic behavior. Because of the integration process, the time step calculation is finished but not necessarily small. This property is very important because it significantly reduces the computation time while maintaining very good accuracy. The last part is divided into three chapters. It presents numerical implementation of hydro- mechanical model using the finite element code Cast3m, followed by validation and applications to various classes of problems. The numerical algorithm is organized into independent modules. Elementary procedures are built to perform specific functions; they are called in a specific order by the main program. Model validation is made by comparison between simulated results and experimental data available in tension and bending. The last chapter of the thesis presents applications of solid wood reconstituted silver fir. They show the ability of the model to predict the states of stress and strain in timber structures under mechanical loading and variable humidity.