L’armature en acier est le renforcement interne le plus utilisé dans les structures en béton armé dans le domaine du génie civil. Dans le paysage nord-américain, il peut être facilement observable que ces structures avec ce type armature présentent une détérioration avancée due à une corrosion importante. C’est pour cette raison, depuis quelques décennies, que l’armature en polymère renforcé de fibres (PRF) fait partie d’une recherche intensive. Jusqu’à maintenant, cette armature a démontré sa faisabilité à plusieurs reprises. Dans ce un premier temps, la caractérisation des barres de PRF a fait l’objet d’une batterie de recherche faramineuse. Ensuite, les poutres, étant donné que c’est l’un des éléments les plus importants dans une structure en béton armé, ont été étudiées en flexion et en cisaillement sur près de deux décennies. Il y a également eu les dalles, les murs de refend, la longueur d’ancrage, les poutres profondes, etc. qui ont été énormément étudiés. Dernièrement, les colonnes sont étudiées pour en comprendre leur comportement. De plus, les normes actuelles ne donnent soit pas ou pas assez d’informations pour être en mesure de calculer adéquatement ces éléments structuraux. C’est la raison pourquoi il faut effectuer d’avantage de recherche pour mettre à jours les différentes normes. Le groupe de recherche du professeur Brahim Benmokrane a été mandaté par le comité de l’American Concrete Intitute ACI440 pour aider à développer la première norme américaine sur les éléments en béton armé renforcés de PRFV. Le guide actuel, soit l’ACI440.1R-15, ne fait pas office de loi pour les praticiens. En ce qui concerne les colonnes, ce guide ne mentionne aucune ligne directrice pour le calcul de ces éléments structuraux. La recherche étant mise en place par le professeur Carol Shield, du Department of Civil Engineering, Civil, Environmental, and Geo- Engineering à l’Université de Minneapolis, au Minnesota et du professeur Antonio Nanni, du Department of Civil, Architectural & Environmental Engineering à l’Université de Miami, en Floride, tous deux membres du comité de l’ACI440, le but est de développer et de valider l’utilisation des barres de PRFV dans les colonnes en béton armé. C’est également grâce à deux partenaires (fournisseurs) de barres de PRFV que ce projet a pu se réaliser. Du côté canadien, les barres sablées sont fournies par la compagnie Pultrall inc et du côté américain, ce sont des barres déformées sablées de la compagnie Hughes Brother. Les deux types de barres sont les plus utilisés jusqu’à présent dans les nouvelles constructions. À travers un programme expérimental et analytique, 20 colonnes à pleine échelle en béton armé ont été testées avec une charge excentrique. Les colonnes ont comme dimensions 406 mm x 406 mm x 2 032 mm. Elles ont été dimensionnées selon les normes ACI318-15 et ACI440.1R-15. Les spécimens se divisent en quatre séries de quatre colonnes chacune. La série I est formée de six barres No.6 (Type A). La série II est formée de huit barres No.6 (Type A). La série III est composée de huit barres No.8 (Type A). La série IV, quant à elle, est formée de six barres No.6 (Type B). Les types A et B sont des PRFV. Finalement, la série V est formée de six barres No.6 en acier, qui est la référence. L'objectif principal est de tester ces spécimens pour étudier le comportement des poteaux-poutres sous chargement combiné de compression et de flexion. Les essais expérimentaux ont été réalisés dans les laboratoires de structure, de la Faculté de génie, de l’Université de Sherbrooke. L’objectif principal de ces essais est d’étudier le comportement des colonnes. Sur la base des conclusions des essais expérimentaux, les colonnes de PRFV ont eu un comportement similaire aux colonnes renforcées avec de l’armature en acier. Plus l’excentricité est grande, moins la capacité axiale est élevée. Pour une même excentricité, les colonnes de PRFV présentent le même mode de rupture, mis à part le comportement différent de l’armature. Lorsqu’on augmente la rigidité axiale de l’armature longitudinale, la capacité axiale augmente. Il a été enregistré que les barres d’armature de PRF ont contribué à la résistance en flexion composée. Il a été remarqué qu’il y avait trois zones distinctes, comme le suggère la norme américaine ACI318-15 : la zone contrôlée en compression, la zone de transition compression/traction et la zone contrôlée par la traction. Finalement, le calcul théorique pour l’obtention du diagramme d’interaction P-M est sécuritaire par rapport aux résultats expérimentaux. Cette sécurité est plus observable lorsqu’on néglige la contribution des barres de PRFV en compression, incluse dans l’axe neutre.

Récemment, il y a eu une montée en popularité de l'utilisation de produits en polymère renforcé de fibres (PRF) collés à l'externe (EB) pour renforcer les structures en béton armé (BA). Cependant, cette technique a rencontré des limites de durabilité et des complications pratiques. En réponse à ces défis, la technique d'ancrage en surface proche (NSM) a émergé comme une alternative prometteuse pour renforcer les structures en BA, visant à surmonter ces lacunes. Les systèmes NSM-PRF se composent de barres ou de bandes qui sont incorporées dans des rainures préfabriquées dans le béton, en utilisant des adhésifs. Bien que la technique NSM ait été appliquée avec des barres traditionnelles en PRF de carbone (PRFC) et de verre (PRFV), l'introduction récente de PRF de basalte (PRFB) a élargi les options. Cependant, l'inclusion de barres PRFB dans les normes approuvées a été entravée par un manque de recherche sur leur efficacité en tant que renfort, en particulier dans les applications NSM. Notamment, les études précédentes n'ont pas examiné en profondeur leur utilisation en tant que barres NSM. De plus, l'utilisation de la technique NSM-PRF s'est principalement concentrée sur les poutres en BA, avec une exploration limitée de sa faisabilité pour renforcer les dalles en BA. L'application de cette technique aux dalles avec des ouvertures ou des dalles endommagées par la corrosion reste largement inexplorée. Étant donné la rareté d'informations sur son efficacité dans ces scénarios, une évaluation des performances de liaison et de la durabilité à long terme des barres NSM-PRF est impérative. Pour combler ces lacunes dans la littérature existante, cette étude vise à évaluer les performances des barres NSM à la fois au niveau des composants et au niveau des structures. Au niveau des composants, une investigation expérimentale et analytique sur les performances de liaison des barres NSM a été menée en deux étapes. Dans la première étape, 66 spécimens de liaison NSM en forme de C ont été construits et testés sous traction directe, incorporant divers matériaux tels que PRFV, PRFB, PRFC et acier inoxydable (SS). Les paramètres étudiés comprenaient la configuration de surface de la barre, la longueur collée de la barre et les types d'adhésifs. Les résultats ont indiqué que l'époxy surclassait les autres adhésifs, et les barres NSM-PRFB et PRFV déformées et sablées présentaient des résistances à la liaison similaires. Dans la deuxième étape, 78 spécimens de liaison en forme de C, renforcés avec des barres NSM-PRFB et PRFV, ont été soumis à des tests après exposition à des environnements agressifs. Les barres NSM-PRFB et PRFV ont démontré une excellente durabilité de liaison après 120 jours d'immersion dans de l'eau salée. Cependant, les spécimens soumis à des cycles d'humidification et de séchage ont présenté de légères variations de résistance à la liaison, tandis que ceux exposés à de l'eau salée pendant 30 et 60 jours et à des cycles de gel-dégel ont subi des pertes significatives de leur résistance à la liaison. Au niveau structurel, l'étude a examiné le comportement en flexion de dalles unidirectionnelles renforcées à l'aide de différentes configurations NSM. Les dalles renforcées avec des bandes EB-PRFC ont également été testées pour comparaison. Le programme expérimental comprenait 34 dalles à grande échelle (150 x 600 x 3000 mm), catégorisées en dalles sans dommages, dalles avec ouvertures découpées et dalles corrodées. Les résultats ont souligné l'efficacité remarquable des barres NSM-BFRP dans l'amélioration des performances en flexion des dalles renforcées. Numériquement, des modèles d'éléments finis 3D ont été développés pour simuler le comportement non linéaire des dalles renforcées avec les méthodes NSM et EB, avec ou sans ouvertures découpées. Les résultats ont montré une forte concordance avec les résultats expérimentaux. Analytiquement, les directives de conception décrites dans l'ACI 440 (2017) ont été évaluées. La conclusion était que les formulations de l'ACI fournissaient une prédiction raisonnable mais conservatrice de la résistance ultime des dalles renforcées avec les barres NSM. Enfin, cette étude a comblé le vide dans nos connaissances sur l'efficacité des barres PRFB en tant que barres de renforcement NSM. Les résultats de cette étude ont été diffusés à travers **six articles de revues** et **trois communications lors de conférences**, comme détaillé tout au long de la thèse. / Strengthening of reinforced concrete (RC) structures is a process that is increasingly inevitable and necessary. Recently, there has been a surge in the popularity of utilizing externally bonded (EB) fiber-reinforced polymer (FRP) products for strengthening RC structures. However, this technique has encountered durability limitations, practical complications, and vulnerability to mechanical damage and vandalism. In response to these challenges, the near-surface mounted (NSM) technique has emerged as a promising alternative to the EB methods for reinforcing RC structures, aiming to overcome their shortcomings. The NSM-FRP systems consist of bars or strips that are embedded in pre-made grooves in the concrete substrate, using adhesives characterized by their good bond to the surrounding concrete. While the NSM technique has been applied with traditional carbon-FRP (CFRP) and glass-FRP (GFRP) bars, the recent introduction of basalt-FRP (BFRP) has broadened the options. Yet, the inclusion of BFRP bars in approved FRP standards and codes has been hindered by a lack of research on their effectiveness as reinforcement, particularly in NSM applications. Notably, previous studies have not thoroughly investigated their use as NSM bars. Furthermore, the utilization of the NSM-FRP technique has predominantly focused on RC beams, with limited exploration into its feasibility for strengthening RC slabs. The application of this technique to slabs with cut-out openings or corrosion-damaged slabs, common in various engineering contexts such as parking garages, buildings, and bridges, remains largely unexplored. Given the scarcity of information on its efficiency in these scenarios, a comprehensive evaluation of the bonding performance and long-term durability of NSM-FRP bars is imperative. To address these gaps in the existing literature, this study aims to assess the performance of NSM bars at both the component level and the structural levels. On the component level, a comprehensive experimental and analytical investigation into the bond performance of NSM bars was conducted in two stages. In the initial stage, 66 C-shaped pullout NSM bond specimens were constructed and tested under direct pullout loading configuration, incorporating various materials such as BFRP, GFRP, CFRP, and stainless-steel (SS) bars. The parameters investigated included bar surface configuration, bonded length of the NSM bar, and types of adhesives. Results indicated that epoxy outperformed other adhesives, and both deformed and sand-coated NSM-BFRP and GFRP bars exhibited similar bond strengths. In the second stage, 78 C-shaped pullout specimens, reinforced with NSM-BFRP and GFRP bars, underwent testing after exposure to aggressive environments. The NSM-BFRP and GFRP bars demonstrated excellent bond durability after 120 days of immersion in salted water. However, specimens subjected to wet-dry cycles exhibited slight variations in bond strength, while those exposed to salted water for 30 and 60 days and freeze-thaw cycles experienced significant losses in their bond strength. On the structural level, the study investigated the flexural behavior of one-way RC slabs strengthened using various NSM configurations. Slabs strengthened with EB-CFRP strips were also tested for comparison. The experimental program involved 34 large-scale slabs (150 x 600 x 3000 mm), categorized into slabs with no damage, slabs with cut-out openings, and corroded slabs. The results highlighted the remarkable effectiveness of NSM-BFRP bars in enhancing the flexural performance of the strengthened slabs, even in scenarios involving lower steel reinforcement ratios. Numerically, 3D finite element (FE) models were developed to simulate the nonlinear behavior of the NSM- and EB-strengthened slabs, both with and without cut-out openings. The results showed strong agreement with the experimental findings. Analytically, the design guidelines outlined in ACI 440 (2017) were evaluated. The conclusion reached was that ACI formulations provided a reasonable yet conservative prediction of the ultimate strength of the NSM-strengthened slabs. Finally, this study has filled the gap in our knowledge about the efficacy of BFRP bars as NSM strengthening bars. The outcomes of this study have been disseminated through **six journal articles** and **three conference papers**, as detailed throughout the thesis.

D’abord méconnue puis longuement sous-estimée, la biodiversité de l’Arctique fait maintenant face à d’importantes altérations sous les effets combinés des changements climatiques ainsi que l’augmentation des activités commerciales dans l’Arctique canadien. Ces altérations ne sont pas sans risque pour les communautés d’invertébrés marins, particulièrement dans les zones sensibles telles que les ports commerciaux. La protection de la biodiversité représente un enjeu majeur, nécessitant une bonne compréhension de l’organisation spatiale des espèces au moyen d’indices de biodiversité tels que les indices alpha, beta et gamma, de même que le développement de méthodes de détection efficace. Dans le cadre de ce projet de maîtrise, la biodiversité obtenue à l’aide de méthodes d’échantillonnage traditionnelle fut comparée à la biodiversité détectée par l’ADN environnementale (ADNe), grâce au metabarcoding des gènes COI et 18S, afin de documenter les patrons de biodiversité des communautés d’invertébrés marins à différentes échelles spatiales. À partir d’échantillons d’eau de 250 ml récoltés à trois différentes profondeurs au sein des ports de Churchill, Baie Déception et Iqaluit, il fut possible de déceler la présence de 202 genres répartis dans plus de 15 phyla. De ces organismes, seulement 9 à 15% furent également collectés par les méthodes traditionnelles, révélant ainsi l’existence de différences significatives au niveau de la richesse et de la composition des communautés entre ces différentes approches d’échantillonnage. Outre ces différences majeures, cette étude a permis de démontrer une réduction de la biodiversité beta dans les communautés détecter à l’aide de l’ADNe comparativement aux communautés identifiées par la collecte de spécimens. Cette homogénéisation de la biodiversité souligne le rôle non négligeable de la dispersion de l’ADNe ainsi que l’influence notoire des stades de vie pélagique dans sa détection. Les résultats obtenus dans le cadre de cette étude mettent bien en évidence le potentiel du metabarcoding d’ADNe tout en insistant sur son caractère complémentaire face aux méthodes traditionnelles pour d’éventuelles applications en gestion et conservation des communautés d’invertébrés marins de l’Arctique / Arctic biodiversity has long been underestimated and is now facing rapid transformations due to ongoing climate change and other impacts including shipping activities. These changes are placing marine coastal invertebrate communities at greater risk, especially in sensitive areas such as commercial ports. Preserving biodiversity is a significant challenge, going far beyond the protection of charismatic species and involving suitable knowledge of the organization of species in space. Therefore, knowledge of alpha, beta and gamma biodiversity indices are of great importance in achieving this objective together with new cost-effective approaches to monitor changes in biodiversity. This study compares metabarcoding of COI mitochondrial genes and 18S rRNA genes from environmental DNA (eDNA) water samples with standard species collection methods to document patterns of invertebrate communities at various spatial scales. Water samples (250 mL) were collected at three different depths within three Canadian Arctic ports; Churchill, MB, Iqaluit, NU and Deception Bay, QC. From these samples, 202 genera distributed across more than 15 phyla were detected using eDNA metabarcoding, of which only 9% to 15% were also identified through species collection at the same sites. Significant differences in taxonomic richness and community composition were observed between eDNA and species collections, both on local and regional scales. This study shows that eDNA dispersion in the Arctic Ocean reduces beta diversity in comparison to species collection while emphasizing the importance of pelagic life stages for eDNA detection. This study highlights the potential of eDNA metabarcoding to assess large-scale arctic marine invertebrate diversity while emphasizing that eDNA and species collection should be considered as complementary tools for providing a more holistic picture of the marine invertebrate communities living in coastal areas.

Cette thèse est composée de deux parties. La première partie est liée à l’augmentation sous impact des résistances des nids d'abeilles en compression uniaxiale. D’abord, nous avons étudié ce phénomène particulier numériquement à l’aide des modèles éléments finis et cela nous a permis de démontrer le rôle de l’inertie latéral dans cette augmentation. Ensuite, le comportement dynamique d'une série de nids d'abeilles (tailles de cellule et épaisseurs des parois et matériau de base différents) a été étudiée expérimentalement pour confirmer les résultats de la simulation. La deuxième partie concerne le comportement biaxial de nids d'abeilles sous cisaillement-compression combinés. Nous y présenterons d'abord un dispositif pour appliquer le cisaillement-compression combiné, en utilisant un système des barres de Hopkinson viscoélastiques de grand diamètre. Une série d'essais sur des nids d'abeille en aluminium sont réalisées en statique et en dynamique, avec les angles de chargement allant de 0° à 60o (part de cisaillement de plus en plus important). Ces essais montrent un important effet du cisaillement supplémentaire sur la résistance globale du nid d'abeille. Une augmentation de la résistance sous chargement d'impact est observée pour tous les angles. Les images capturées lors des essais permettent de la détermination des deux modes de déformations coexistant sous cisaillement-compression combiné. Enfin, les essais de cisaillement-compression sur des nids d'abeilles sont reproduites numériquement afin de séparer le comportement normale et celui du cisaillement. La courbe limite dans le plan de la contrainte normale vs la contrainte du cisaillement a été obtenue, qui montre une augmentation homogène (isotropie) sous chargement dynamique. / The study consists mainly of two parts. The first part is related to the dynamic strength enhancement of honeycombs under uniaxial compression. We firstly study numerically this particular phenomenon of thin-walled structure by using three micro-size FE models and this allows us to reveal the role played by lateral inertia in the dynamic enhancement. Further more, the dynamic enhancement of a series of honeycombs with different cell-size, cell-wall thickness and base material is studied experimentally and the influence of these geometric parameters and the base material on honeycomb strength as well as the dynamic enhancement rate is investigated. The second part of this study concerns the biaxial behavior of honeycombs under combined shear-compression. We firstly present a combined dynamic shear-compression loading device basing on a large-diameter Nylon Split Hopkinson Pressure Bar system. Then, a series of quasi-static and dynamic experiments on an aluminium honeycomb is performed with loading angles ranging from 0o to 60o (part of shear more and more important). It shows a strong effect of the additional shear loading to honeycomb overall strength. A notable strength enhancement under impact loading is observed for all the honeycomby b specimens. Images captured during tests permit for the determination of the two co-existing deforming patterns under combined shear-compression. Finally, the combined shear-compression tests on honeycombs are reproduced by a numerical virtual model and the separated normal and shear behaviors of honeycombs under combined shear-compression are obtained. A crushing envelope in normal strength vs. shear strength plane was obtained on the basis of these simulations, which shows an isotropic expansion behavior from the quasi-static loading to the dynamic loading.

Ces dernières années, de nouvelles stratégies ciblant un accompagnement de la mobilité du trait de côte plutôt que sa fixation ont vu le jour. Parmi celles-ci, les ouvrages atténuateur de houle visent à protéger la côte en dissipant l’énergie des vagues par déferlement bathymétrique, tout en restant invisibles depuis la plage. Leur utilisation a toutefois eu des effets contrastés et les processus hydro-sédimentaires induits par ces structures restent mal connus. L’objectif général de ce travail est de mieux comprendre les effets de ces atténuateurs de houle sur la morphodynamique littorale, notamment sur des sites où l’évolution de l’avant-côte est complexe et dynamique. L’observation des effets induits par un atténuateur de houle installé au lido de Sète (Golfe du Lion), sur la dynamique littorale est réalisée via un dispositif vidéo qui permet de caractériser l’évolution morphologique du système. En s’appuyant sur une méthode automatique de correction des images développée dans le cadre de cette thèse, l’estimation de la bathymétrie par inversion de la célérité des vagues et ses erreurs associées sont évaluées pour la première fois en Méditerranée. Les observations montrent que l’atténuateur de houle impacte de manière importante la morphologie et la dynamique des barres sableuses pré-littorales et révèlent que l’élargissement de la plage résulte principalement de son couplage avec la nouvelle forme de barre plus linéaire. Le modèle morphodynamique 2DBeach est ensuite implémenté sur Sète et sur un second site atelier en Australie où un récif artificiel de taille et de forme différente a été mis en place. Les simulations réalisées permettent de déterminer les circulations induites par ces ouvrages ainsi que les évolutions sédimentaires associées. Enfin, ce travail met en lumière les différents processus physiques contrôlant l’influence d’un atténuateur de houle sur les évolutions morphologiques des barres sableuses pré-littorales et du trait de côte, et renforce des connaissances essentielles à la gestion durable des plages sableuses. / In recent years, traditional coastal defense strategy has become increasingly unpopular as it is costly and lastingly scars the landscape with sometimes limited effectiveness or even adverse impact. Mimicking natural reefs, submerged breakwaters aims to protect the coast, decreasing wave energy through wave breaking offshore with the advantage of remaining invisible from the beach. The general objective of this work is to better understand the different morphodynamic processes that interact in the presence of these structures, especially for complex beach morphology with highly dynamic sandbars. The observation of the effects induced by a submerged breakwater deployed at the Lido of Sète (Gulf of Lions) on the morphological response is performed using a video monitoring system. Based on an automatic method for image correction developed in this thesis, a video-derived depth inversion algorithm was tested to infer nearshore bathymetry from remotely-sensed wave parameters. Our observations show that the submerged breakwater had a profound impact on the shoreline-sandbar system and suggest that, on barred beaches, the role of the sandbar is critical to shoreline response to the implementation of such a structure. The expected salient formation was not observed and, instead, shoreline coupled to the modified sandbar geometry, which resulted in a slight seaward migration of the shoreline in the lee of the structure. In order to characterize the nearshore circulation induced by these structures and to better assess sediment transport, the morphodynamic model 2DBeach was then implemented on Sète and at another beach in Australia where an artificial reef of different size and shape has been deployed. This work allows a better understanding of the influence of a submerged breakwater on the morphological evolution of sandbars and shoreline on time scales from storm to years, and provides new insight into nearshore system response to better design sustainable management of sandy beaches.

Les alliages à mémoire de forme (AMF) font partie des matériaux qui ont besoin d'une caractérisation de leur comportement sous sollicitations dynamiques afin de pouvoir être intégrés dans des solutions de conception de structures prévues pour l'absorption d'énergie ou pour subir de grandes déformations à des régimes de vitesses équivalents à des impacts. Même si les phénomènes mis en jeu dans ce type de matériau commencent à être maîtrisés, la caractérisation de leur comportement en dynamique est un point qui nécessite encore beaucoup d'études d'approfondissement. Leurs propriétés singulières et leur bonne capacité d'absorption d'énergie font d'eux de bons candidats à l'application dans des technologies innovantes et motivent la poursuite de leur étude. Ces travaux de thèse présentés dans ce manuscrit portent sur un AMF à base de Nickel-Titane (NiTi).Les deux propriétés singulières principales des AMF sont la superélasticité (ou pseudo-élasticité) et l'effet mémoire. La propriété sur laquelle cette étude se concentre est la superélasticité : celle-ci correspond à une transformation martensitique activée par une sollicitation mécanique.Afin de pouvoir caractériser le NiTi pour des applications soumises à des impacts ou à des sollicitations dynamiques, il est nécessaire de pouvoir, dans un premier temps, observer la transformation martensitique pour ces régimes et de tenir compte de ces résultats pour l'élaboration de lois de comportement.Ces travaux de thèse, essentiellement expérimentaux, s'inscrivent dans la mise en place d'un projet visant à pouvoir prédire le comportement des alliages à mémoire de forme soumis à des sollicitations dynamiques multiaxiales et sont centrés sur trois thèmes : les AMF, les essais de traction dynamique, la corrélation d'image pour les essais aux barres de Hopkinson et pour la mesure de la transformation martensitique des AMF.

L'industrie automobile emploie massivement les Aciers à Haute Performance (AHP) pour la fabrication des caisses en blanc, en raison de leur rapport résistance/masse élevé. Ils sont utilisés afin d'augmenter la sécurité des occupants en cas de crash, ou de réduire la masse du véhicule grâce à une diminution des sections utiles. En parallèle, le prototypage virtuel est omniprésent dans le processus de conception des nouveaux véhicules. En prenant l'exemple d'une caisse en blanc automobile, la conception de la structure globale et des procédés de mise en forme de ses composants nécessite des modèles prédictifs et fiables décrivant le comportement et la rupture des matériaux utilisés. Des efforts soutenus ont été entrepris ces cinq dernières années pour développer des modèles prédisant la rupture des AHP sous chargement statique. Pourtant les taux de déformations rencontrés lors d'opération de mise en forme sont de l'ordre de 10 s-1, et peuvent atteindre 103 s-1 lors de crashs. Le but de cette thèse est de développer une méthode fiable permettant d'évaluer l'influence du taux de déformation et de l'état de contrainte sur la rupture ductile d'AHP initialement non-fissurés. Une procédure expérimentale est conçue pour caractériser le comportement et l'initiation de la rupture dans des tôles chargées en traction à grande vitesse de déformation. La précision du dispositif est évaluée grâce à des validations numériques et expérimentales. Par la suite, une série d'expériences est réalisée à petite, moyenne et grande vitesse de déformation sur différents types d'éprouvettes de traction, afin de couvrir un spectre étendu d'états de contraintes. Une analyse détaillée de chaque expérience par la méthode des Éléments Finis permet de déterminer le trajet de chargement et l'état de déformation et de contrainte à la rupture dans chaque éprouvette, tout en prenant en compte les phénomènes de striction. La déformation à la rupture est significativement plus élevée à grande vitesse de déformation qu'à basse vitesse. De plus, les résultats montrent que l'influence du taux de déformation sur la ductilité ne peut pas être découplée de l'état de contrainte. Le modèle de comportement constitue un élément essentiel de cette approche hybride expérimentale-numérique. Un modèle de plasticité dépendant du taux de déformation est proposé pour prédire la réponse mécanique des AHP sur toute la plage de déformation, taux de déformation et état de contrainte couverte par le programme expérimental. La précision du modèle est validée par comparaison de mesures expérimentales globales et locales aux prédictions numériques correspondantes. De plus, l'influence de la discrétisation spatiale utilisée dans les simulations par Eléments Finis sur la précision de l'approche hybride expérimentale-numérique est quantifiée. Il est montré qu'un maillage fin d'éléments hexaédriques est nécessaire pour obtenir des prédictions précises jusqu'à la rupture. Ce type de maillage n'est pas compatible avec des applications industrielles à grande échelle pour des raisons évidentes d'efficacité numérique. C'est pourquoi une méthode de remaillage dynamique d'éléments coque vers des éléments solides est présentée et évaluée. Cette méthode permet d'obtenir des prédictions fiables de l'initiation de la rupture dans des tôles sans compromettre dramatiquement l'efficacité numérique obtenue grâce aux éléments coque. La seconde partie de ce travail s'intéresse aux micro-mécanismes responsables de la rupture ductile du matériau étudié. Une analyse micrographique du matériau soumis à différents niveaux de déformation permet d'identifier l'enchainement des mécanismes d'endommagement. Ces observations suggèrent que le mécanisme critique conduisant à la rupture est la localisation de la déformation plastique dans une bande de cisaillement à l'échelle du grain. Un model numérique reposant sur la déformation d'une cellule élémentaire 3D contenant une cavité est développé pour modéliser ce phénomène. Il est montré que le mécanisme de localisation à l'échelle micro de l'écoulement plastique dans une bande de cisaillement permet d'expliquer la dépendance de la ductilité à l'état de contrainte et au taux de déformation observée à l'échelle macro.

Dans un contexte de vulnérabilité militaire des sous-marins, les ingénieurs et chercheurs doivent être capables de prédire le comportement des structures fissurées. Ainsi, la modélisation de la transition des changements de modes de propagation de fissure (cisaillement-traction et inversement) des métaux sous sollicitations extrêmes devient un outil incontournable ou essentiel. Des critères tridimensionnels de direction de propagation de fissure développés pour une rupture par cisaillement ou par ouverture sont exposés. Des formules de direction de propagation semi-analytiques et analytiques, fonctions des facteurs d'intensité des contraintes et du coefficient de Poisson, sont ainsi proposées. L'interprétation de ces formules laisse envisager la prise en compte des effets tridimensionnels dans de futures simulations 3D de propagation de fissure. Une étude du problème en deux dimensions est également développée, proposant une formule analytique du critère en cisaillement. De plus un algorithme automatique de transition cisaillement-traction a été implémenté dans le code de calcul de dynamique explicite Europlexus, développé par le CEA. Une méthodologie d'identification des paramètres du modèle pour un matériau donné et pour un cas quasi-statique a été proposée. Confronté à l'interprétation de deux expériences connues de propagation dynamique (expériences de Kalthoff et de Ravichandran), le modèle proposé a montré sa pertinence. De plus, afin de mieux connaître le comportement à rupture de l'acier à Haute Limite Élastique Soudable, deux études expérimentales dédiées au suivi de la propagation dynamique d'un front de fissure ont été développées et validées sur des essais de rupture sous chargement quasi-statique et dynamique de type choc. Cette étude expérimentale a permis d'observer que les branchements de fissures, relevés sur les essais sous chargement quasi-statique, n'apparaissent plus sous chargement dynamique et pour des sollicitations en mode I pur. Les méthodes théoriques et numériques développées dans ces travaux de thèse permettent donc de simuler, automatiquement et avec un unique modèle, les changements de modes de rupture au cours d'une propagation dynamique de fissure. De plus, les protocoles expérimentaux exposés dans ce manuscrit permettent d'appréhender les phénomènes de transition cisaillement-traction en soulevant l'importance de la vitesse de sollicitation et du mode de sollicitation de l'essai.

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Des barres en acier à section ouverte sont, dans la majorité des cas, soumises à une combinaison d’effort normal et de flexion bi-axiale. Cependant, en raison de leur utilisation elles peuvent également être soumises à un moment de torsion. Même si les barres à section ouverte peuvent être soumises à des charges de torsion en pratique, l’Eurocode 3, ne définit pas comment la résistance de la barre peut être déterminée dans ces conditions. Ce pourquoi, l’objectif principal de cette thèse est de remplir cette lacune. Pour atteindre cet objectif, le comportement des barres métalliques soumises à une combinaison complexe de charges est étudié par voie théorique, expérimentale et numérique. Tout d’abord, la résistance plastique des barres est étudiée. En cas de torsion, il a été montré que les barres à section ouverte possèdent une réserve plastique importante qui ne peut pas être mise en évidence à l’aide d’une simple analyse élastique. Afin de tenir compte de l’effet bénéfique de la réserve plastique en torsion, une méthode d’analyse simplifiée est développée et validée par des analyses numériques. Ensuite, l’interaction plastique entre les efforts internes est étudiée. Des essais en laboratoire ont été réalisés afin de caractériser l’interaction entre l’effort tranchant et le moment de flexion. L’étude est ensuite étendue à l’aide de simulations numériques sur des cas d’interaction plus complexes incluant notamment des moments de torsion. Les essais accompagnés par l’étude numérique ont permis de mettre au point un modèle de résistance basé sur la méthode « Partial Internal Force Method » développée dans le passé. La dernière partie de la thèse concerne la résistance des barres à l’instabilité. Un modèle de résistance incluant l’effet de l’instabilité élasto-plastique est développé pour les barres métalliques en présence de torsion. Cette méthode est basée sur une extension des formules d’interaction proposées dans l’Eurocode. Afin de franchir certaines limitations liées à cette méthode, un deuxième modèle de résistance est développé pour les barres en I dans le format du « Overall Interaction Concept » / Structural steel members with open cross-section are, in the majority of cases, subject to a combination of axial forces and mono- or bi-axial bending. Nonetheless, owing to specific use they may be subject to torsion as well. Even if torsional loads are of practical interest for steel members of open section, the European standard for the design of steel structures, Eurocode 3, does not contain a generally accepted design method addressing the resistance of these members. Consequently, the main objective of this thesis is to close the lack in the current standard. So as to attain this objective the behaviour of members of open section subject to a complex load combination has been studied theoretically, experimentally and numerically. First, the plastic resistance of steel members has been analysed. It has been shown that members subject to torsion may possess a high plastic system reserve that cannot be predicted by simple elastic analysis. So as to account for the beneficial effect of the plastic reserve, a simplified analysis method has been developed and validated with numerical simulations. After this, the plastic interaction between all internal forces and moments has been studied. Several laboratory tests have been performed to characterise the interaction between bending moments and the shear force. The study is then extended to more complex interaction cases including torsion by means of numerical simulations. The laboratory test and the numerical simulations allowed the development of a precise resistance model based on the “Partial Internal Force Method” developed in the past. The last part of this thesis was dedicated to the member resistance including instability. A resistance model has been developed based on the Eurocode 3 interaction equations. So as to overcome some of the limitations linked to this method, a second design approach is developed based on the “Overall Interaction Concept”