Th.--Sci. phys.--Grenoble 1, 1978. N°: 55.

Ce travail de thèse a pour objectif de caractériser le comportement anisotrope des mousses acoustiques. Ces matériaux, couramment employés pour lutter contre les nuisances sonores et vibratoireset sont modélisés à l'aide du modèle de Biot. Celui-ci est basé sur le formalisme de lamécanique des milieux continus à deux champs couplés, l'un associé au solide et l'autre au fluidesaturant. Nous nous intéresserons plus particulièrement dans ce travail aux paramètres du solideet aux matériaux présentant une anisotropie (c'est-à-dire des propriétés qui varient suivant lesdirections) du squelette solide. Ici, deux types d'anisotropie sont distingués, l'anisotropie naturelledu matériau et celle induite par une action extérieure, cette dernière ayant pour principale cause lacompression statique des échantillons. Par ailleurs, trois types de symétries naturelles sont considérés : isotropie, isotropie transverse avec et sans rotation de direction principale. Celles-ci sont leplus couramment rencontrées.L'analyse expérimentale du type de symétrie des mousses se fait au moyen d'un dispositif, appelé rigidimètre, qui permet de déterminer la raideur mécanique d'échantillons cubiques de moussesous hypothèse quasi-statique. Celui-ci est couplé à une mesure au vibromètre laser à balayage, permettantde mesurer le déplacement normal des faces des cubes. Des lignes de niveaux des champsde déplacements normaux surfaciques sont ainsi obtenues. Il est alors possible de classer les différentstypes d'anisotropie en analysant ces courbes de niveaux. Ainsi, avec ces a-priori, une méthodea été élaborée pour déterminer les coefficients de Poisson à l'aide de techniques de minimisationà partir des autres constantes élastiques préalablement déterminées. Ce problème est construit àpartir d'indicateurs expérimentaux et d'indicateurs provenant d'un modèle éléments finis.L'influence de la compression statique sur les modules élastiques est ensuite étudiée. Toutd'abord, la variation du module d'Young en fonction du taux de compression est caractérisée àpartir de mesures au rigidimètre. Ensuite, la variation du module de cisaillement en fonction de lacompression statique est caractérisée par une méthode d'ondes guidées (en collaboration avec laKULeuven). Il a été montré que les variations de modules élastiques pouvaient être importantespuisqu'elles peuvent atteindre 50 %. A partir de ces déterminations expérimentales, quatre zones decomportement de la mousse ont été mises en évidence. Ces quatre zones correspondent respectivementà des effets de compression, de flambement, de densification et de réarrangement des cellules.Un modèle éléments-finis microstructural, dans lequel la cellule élémentaire est modélisée par untétrakaidécaèdre de Kelvin, est enfin proposé. Celui-ci permet de modéliser les trois premièreszones, qui correspondent aux compressions statiques usuelles dans les applications acoustiques.

Nous avons mené des investigations structurales et magnétiques sur les trois familles d'alliages nanocristallins Finemet, Nanoperm et Hitperm, dans lesquels le cobalt ajouté est supposé accroître la stabilité thermique température de cristallisation et température Curie plus élevées). En mesurant les cycles d'hystérésis en temps réeldurant la cristallisation des différents alliages, nous avons trouvé que l'état magnétique de la phase nanocristalline est différent en fonction de plusieurs paramètres. Le comportement magnétique global est fortement affecté par le fait que la phase amorphe reste ferromagnétique ou devint paramagnétique (lorsque la cristallisation se développe. Nous avons développé une méthode permettant de mesurerl'anisotropie longitudinale induite. Ceci nous a permis, pour la première fois, de mesurer directement cette anisotropie dans les rubans et les fils amorphes ou nanocristallins. Le modèle "back-stress" a été appliqué pour explique l'anisotropie induite par la contrainte dans ces alliages biphasés.

La thèse résulte d'une collaboration entre le laboratoire académique G2Elab et les entreprises Aperam Amilly et Aperam Imphy.Les matériaux magnétiques nanocristallins de type Finemet sont constitués d'une phase nanocristalline et d'une phase amorphe. Cette structure singulière leur confère des anisotropies magnéto-cristalline et magnéto-élastique évanescentes. On peut alors induire, par le biais de recuits adaptés, une anisotropie contrôlée conditionnant la forme du cycle d’Hystérésis et la perméabilité. D’un point de vue applicatif, il s’agit d’une aptitude capitale puisque les caractéristiques du circuit magnétique peuvent être adaptées pour répondre à des cahiers des charges spécifiques. La mise au point des protocoles de recuit mis en œuvre industriellement est cependant empirique.Le sujet de la thèse porte donc sur la mise au point d'un modèle capable de prédire l'amplitude K_u de l'anisotropie induite sur ces matériaux en fonction des paramètres du recuit sous champ (température T_re, champ appliqué H_re) et des caractéristiques structurales (fraction cristalline f_c, taille moyenne D des nanograins, composition y de la phase cristalline Fe1-ySiy). / This thesis is the result of a collaboration between Grenoble Electrical Engineering laboratory, Aperam Alloys Amilly and Aperam Alloys Imphy manufactories.The magnetic materials nanocrystalline Finemet are made of Fe-Si nanocrystallites embedded in a residual amorphous phase. This unconventional crystallographic structure features vanishing magnetocristalline and magnetoelastic anisotropies. As a result, it is possible to induce a cohenrent magnetic anisotropy in such material by suitable annealing treatments, allowing to control the shape of the hysteretic loop and permeability. In view of applications in electronic devices, this attract a great interest, the magnetic circuit characteristics being could be easily adapted by this way to satisfy the requirement of the regarded sensor or actuator.However, the optimization of annealing parameters (temperature, duration, amplitude of applied field…) to fit the desired properties is focused on time and resources consuming, which are based on empirical experience at present.As a result, the aim of this work is to build a model which will be able to predict the magnitude of induced anisotropy according to the field annealing parameters and the structural ones (crystalline fraction f_c, size of nanograins D, and composition of FeSi phase).

L'observation de l'orientation des grains des carottes forées en Antarctique et au Groenland montre que la glace polaire acquiert une fabrique représentative de l'histoire des déformations qu'elle a subies. Le comportement viscoplastique du cristal de glace étant fortement anisotrope, il en résulte une anisotropie macroscopique du polycristal qui dépend des orientations préférentielles des grains qui le composent. A l'échelle du polycristal, le comportement viscoplastique est obtenu par homogénéisation sur tous les cristaux, en supposant leur comportement linéaire orthotrope de révolution et une répartition homogène des contraintes dans tout le polycristal (modèle statique). La fabrique du polycristal est décrite par une fonction continue de distribution des orientations (ODF). Avec ces hypothèses, nous avons obtenu des résultats analytiques pour le comportement orthotrope d'un polycristal et l'évolution de sa fabrique, qui permettent de représenter la fabrique par une ODF ne dépendant que de trois paramètres. A l'échelle de la calotte polaire, les champs de vitesses et fabriques de l'écoulement stationnaire sont calculés par une méthode couplée, qui alterne : - le calcul des vitesses, pour un champ de fabriques donné, par la méthode des éléments finis, - le calcul de la fabrique, pour un champ de vitesses donné, par une méthode qui utilise les lignes de courant de l'écoulement, jusqu'à ce que la convergence soit atteinte, à la fois sur les vitesses et la fabrique. Nous étudions l'influence du champ de températures et du comportement du grain sur la formation des fabriques au sein des calottes polaires. Le modèle est appliqué à la ligne d'écoulement GRIP-GISP2 (Groenland Central) et les résultats sont comparés aux mesures de terrain.

Ce travail de thèse a pour objectif de caractériser le comportement anisotrope des mousses acoustiques. Ces matériaux, couramment employés pour lutter contre les nuisances sonores et vibratoireset sont modélisés à l'aide du modèle de Biot. Celui-ci est basé sur le formalisme de lamécanique des milieux continus à deux champs couplés, l'un associé au solide et l'autre au fluidesaturant. Nous nous intéresserons plus particulièrement dans ce travail aux paramètres du solideet aux matériaux présentant une anisotropie (c'est-à-dire des propriétés qui varient suivant lesdirections) du squelette solide. Ici, deux types d'anisotropie sont distingués, l'anisotropie naturelledu matériau et celle induite par une action extérieure, cette dernière ayant pour principale cause lacompression statique des échantillons. Par ailleurs, trois types de symétries naturelles sont considérés : isotropie, isotropie transverse avec et sans rotation de direction principale. Celles-ci sont leplus couramment rencontrées.L'analyse expérimentale du type de symétrie des mousses se fait au moyen d'un dispositif, appelé rigidimètre, qui permet de déterminer la raideur mécanique d'échantillons cubiques de moussesous hypothèse quasi-statique. Celui-ci est couplé à une mesure au vibromètre laser à balayage, permettantde mesurer le déplacement normal des faces des cubes. Des lignes de niveaux des champsde déplacements normaux surfaciques sont ainsi obtenues. Il est alors possible de classer les différentstypes d'anisotropie en analysant ces courbes de niveaux. Ainsi, avec ces a-priori, une méthodea été élaborée pour déterminer les coefficients de Poisson à l'aide de techniques de minimisationà partir des autres constantes élastiques préalablement déterminées. Ce problème est construit àpartir d'indicateurs expérimentaux et d'indicateurs provenant d'un modèle éléments finis.L'influence de la compression statique sur les modules élastiques est ensuite étudiée. Toutd'abord, la variation du module d'Young en fonction du taux de compression est caractérisée àpartir de mesures au rigidimètre. Ensuite, la variation du module de cisaillement en fonction de lacompression statique est caractérisée par une méthode d'ondes guidées (en collaboration avec laKULeuven). Il a été montré que les variations de modules élastiques pouvaient être importantespuisqu'elles peuvent atteindre 50 %. A partir de ces déterminations expérimentales, quatre zones decomportement de la mousse ont été mises en évidence. Ces quatre zones correspondent respectivementà des effets de compression, de flambement, de densification et de réarrangement des cellules.Un modèle éléments-finis microstructural, dans lequel la cellule élémentaire est modélisée par untétrakaidécaèdre de Kelvin, est enfin proposé. Celui-ci permet de modéliser les trois premièreszones, qui correspondent aux compressions statiques usuelles dans les applications acoustiques. / This thesis deals with the characterization of the anisotropic behavior of acoustic foams. Thesematerials, which are commonly used to reduce noise and vibration, are modeled by the Biot model.This model is based on the formalism of continuum mechanics of two coupled elds, one associated to the solid, and the other one associated to the saturating fluid. This work is more particularly focused on the solid parameters and on the materials having an anisotropy (i.e. properties which vary according to directions) of the solid skeleton. Here, two types of anisotropy are distinguished,the natural anisotropy of the material, and the induced anisotropy, which is due to an external action and principally caused by a static compression samples. Furthermore, three types of natural symmetries (which are the most commonly encountered) are considered : isotropy, transverseisotropy with and without rotation of principal direction.The experimental analysis of the type of the foam symmetry is performed with the device calledrigidimeter, which allows to determine the mechanical stiness of cubic samples of foam underquasi-static assumption. This device is coupled with a laser scanning vibrometer, which measures the normal displacement of the faces of cubes. Isovalues of the displacement fields of the normal surface are obtained. According to these results, it is possible to classify the different types of anisotropy by the analysis of the isovalues of the displacement fields. Thus, with these a-priori, a method was developed to determine the Poisson's ratios with minimization techniques from theother elastic constants already determined. This problem is constructed from experimental indicators and indicators taken from a finite element model.The influence of static compression on the elastic moduli is then studied. First, the variation of Young's modulus as a function of compression ratio is characterized from the rigidimeter measurement. Then, the variation of shear modulus as a function of static compression has been characterized by a method of guided waves (in collaboration with KULeuven). It was shown that variations of elastic moduli could be important because they can reach 50 %. From these experimental determinations, four areas of behavior of the foam have been identified. These four areas correspond, respectively, to effects of compression, buckling, densification and rearrangement of cells. A microstructural finite element model, in which the unit cell is modeled by a Kelvin tetrakaidecahedron,is finally proposed. This one models successfully the first three areas, which correspond to the common static compression in the acoustic applications.

Le matériau composite agrégataire énergétique étudié a un comportement viscoélastique endommageable sensible à la pression de confinement et à la température. Ces travaux concernent la modélisation de l'anisotropie induite par endommagement avec deux objectifs principaux. Dans un premier temps, le caractère anisotrope de l'endommagement est mis en évidence expérimentalement. Des essais alternant tension et compression permettant d'observer l'effet unilatéral d'endommagement. Ensuite, un modèle de comportement est développé pour le matériau d'étude. Des modèles pertinents sont tout d'abord comparés. Le modèle le plus approprié est ensuite amélioré par l'ajout de mécanismes d'endommagement, d'effectivité du dommage et d'un mécanisme de plasticité. Les données expérimentales sont utilisées pour identifier les paramètres du modèle. Ce dernier a été ensuite implémenté dans un logiciel de calcul aux éléments finis (Abaqus / standard) sous la forme d'une procédure Fortran (UMAT). Différents types de chargements sont simulés et confrontés aux résultats expérimentaux. / An explosive aggregate material exhibits a visco-elastic behaviour with damage, internal friction and sensitivity to the confining pressure and temperature. This thesis focuses on the anisotropic elastic damage with unilateral effect. The first aim of this study is to highlight experimentally the anisotropic nature of the damage. Then, a new model is proposed for the studied material. This is achieved using a comparison of some relevant models in order to select the most appropriate among them. The selected model is then improved by adding unilateral effect mechanisms and plasticity. Experimental data is used to characterize the material behaviour and to determine the parameters of improved model. This model has been implemented in the finite element software (Abaqus / Standard) using Fortran procedure (UMAT) and then tested for different loads and compared with experimental results.

Les applications pour lesquelles des élastomères sont soumis à des sollicitations cycliques sont nombreuses. Des charges sont généralement utilisées afin d'améliorer leurs propriétés, cependant, elles induisent également un adoucissement important de la contrainte lors de sollicitations cycliques. A ce jour, les phénomènes physiques conduisant à l’apparition de cet adoucissement ne sont pas clairement établis et sa modélisation demeure une difficulté majeure.Afin d'étudier l'adoucissement, des élastomères chargés sont soumis à des chargements cycliques. Des méthodes de caractérisations originales sont proposées afin de quantifier les effets de l'intensité du chargement et du nombre de cycles. Pour faire le lien avec la microstructure du matériau, plusieurs mélanges de compositions différentes sont utilisés. Des chargements non proportionnels de traction uniaxiale et biaxiale sont appliqués afin de mettre en évidence l'anisotropie induite par l'adoucissement. Ces données expérimentales non conventionnelles sont utilisées afin de définir un critère général pour l'activation de l'adoucissement Mullins. Une loi de comportement fondée sur une analyse approfondie des données expérimentales est proposée. La modélisation est basée sur une approche directionnelle. L'adoucissement Mullins est modélisé en utilisant le concept d'amplification de la déformation et son activation est pilotée par un critère directionnel. La capacité du modèle à prédire les réponses d'un matériau ayant subit un historique de chargement non proportionnel est validée / Rubber-like materials are submitted to cyclic loading conditions in various applications. Fillers are always incorporated within rubber compounds. They improve the mechanical properties but induce a significant stress-softening under cyclic loadings. The physical source of the softening is not yet established and its modeling remains a challenge. For a better understanding of the softening, filled rubbers are submitted to cyclic loadings. In order to quantify the effects of the loading intensity and the number of cycles, original methods are proposed to characterize the softening. To study the influence of the material microstructure on the softening, compounds with various compositions are considered.Non proportional tensile tests including uniaxial and biaxial loading paths are applied in order to highlight the softening induced anisotropy. Such unconventional experimental data are used to provide a general criterion for the softening activation. A constitutive modeling grounded on a thorough analysis of experimental data is proposed. The model is based on a directional approach. The Mullins softening is accounted for by the strain amplification concept and is activated by a directional criterion. The model ability to predict non proportional softened material responses is demonstrated

Le cristal de glace est l'un des matériaux naturels les plus anisotropes. L'analyse des glaces polaires indique que les cristaux s'orientent selon des directions privilégiées et que la fabrique (distribution des orientations cristallines des grains) du polycristal de glace est le résultat de l'histoire des déformations que ce polycristal a subi. Le comportement macroscopique du polycristal dépend de la fabrique et peut être lui aussi fortement anisotrope. Il a été montré que cette anisotropie est propice à créer des perturbations de la stratigraphie et qu'elle influence fortement l'écoulement de la calotte.<br /> L'objectif de cette étude est de construire un modèle d'écoulement pour la glace polaire anisotrope et l'évolution de sa fabrique.<br /> Dans ce but, nous modélisons le monocristal de glace comme un matériau continu orthotrope de révolution autour de son axe c et nous le comparons à un modèle de grain à plans de glissement. La fabrique est décrite de manière continue par le tenseur d'orientation d'ordre 2 et une fonction de fermeture pour le tenseur d'orientation d'ordre 4. Par homogénéisation, en supposant des contraintes ou des vitesses de déformation uniformes, nous obtenons des solutions analytiques pour le comportement du polycristal de glace et l'évolution de sa fabrique. A partir de ces solutions, nous adoptons une loi de comportement orthotrope linéaire pour le polycristal et une équation d'évolution pour le tenseur d'orientation du second ordre. Ces équations permettent de bien reproduire les résultats du modèle auto-cohérent utilisant une description discrète de la fabrique, avec un gain important au niveau du temps de calcul et du nombre de variables nécessaires pour décrire la fabrique.<br /> Ces équations sont implantées ensuite dans un code aux éléments finis utilisé pour simuler l'écoulement d'une calotte polaire présentant une anisotropie induite évolutive. Par des tests synthétiques, nous montrons l'influence de l'anisotropie sur l'écoulement de la calotte. Enfin, nous présentons une analyse des données de fabrique du forage de Dôme C à la lumière de notre modèle.