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L'objectif de ce travail de thèse a été de modéliser avec une méthode aux éléments discrets la fracturation en tension, et plus particulièrement la fragmentation dynamique, sur des matériaux fragiles pour de hautes vitesses de déformation. La fragmentation est un phénomène irréversible, non linéaire et aléatoire. Elle intervient dans de nombreux domaines de la vie courante, quelque soit l'échelle considérée. La modélisation numérique de ce phénomène permettrait une prédiction de certains paramètres statistiques de la fragmentation, comme le nombre de fragments, la taille des fragments, la distribution de la taille des fragments, etc. Pour cette thèse, la Méthode des Éléments Discrets (DEM) s'est révélée être un excellent moyen pour simuler la fracturation en raison de sa nature discrète. Toutefois, une bonne méthode de simulation numérique ne suffit pas à elle seule pour modéliser la fragmentation dynamique. Un critère de rupture doit également être inséré, afin d'introduire un endommagement. Ce critère de rupture s'écrit au niveau d'un lien entre deux particules et il engendre un dommage, en faisant décroître la contrainte locale jusqu'à l'obtention d'une fissuration discrète. Dans un premier temps, un critère de rupture de Camacho-Ortiz |24| a été introduit dans une méthode aux éléments discrets. Ce critère se traduit par un endommagement en fonction d'une ouverture de fissure. Ce premier critère a donné de bons résultats comparé à ceux de |69, 88, 97, 143-147| sur la convergence des paramètres de la fragmentation sur des cas simples, mais nécessite un grand nombre de particules. Dans un second temps, afin d'envisager la modélisation de la fragmentation sur des cas plus complexes en trois dimensions à de hautes vitesses de déformation, un second critère de rupture a été introduit. Ce critère de rupture s'appuie sur une approche physique différente, qui prend en compte l'hétérogénéité des matériaux fragiles avec leurs défauts susceptibles d'évoluer et de provoquer une rupture locale. Pour cela, il fait intervenir une loi probabiliste de Weibull afin d'introduire des défauts par élément de volume. Ce critère a été développé par C. Denoual, P. Forquin et F. Hild |29, 33, 42-44|. Tout d'abord, ce second critère de rupture a été testé sur des cas simples en obtenant une convergence des paramètres statistiques de la fragmentation avec un nombre environ $10$ fois moins important de particules que pour la première méthode. Un cas plus complexe en trois dimensions de modélisation de barre d'Hopkinson en trois dimensions a permis de tester de manière « qualitative » la méthode. / The objective of this thesis work is to model the high-strain rate and dynamic fragmentation of brittle materials using the Discrete Element Method. Fragmentation is an irreversible, nonlinear and random phenomenon.It can be found in many practical applications in engineering and can take place at various length scales. This research work takes advantages of computer simulations to model this phenomenon and to predict a few statistical parameters related to fragmentation including number, size, and size distribution of fragments. To this effect, the Discrete Element Method was found to simulate efficiently fracturing, which is a discrete phenomenon by nature. However, an efficient computer simulation is not sufficient for representing fragmentation. It also needs to account for a rupture criterion and a damage criterion. This rupture criterion is defined at the contact points between particles where it generates a local damage that decreases the local stress until a discrete crack appears. In a first step, the rupture criterion of Camacho-Ortiz |24| has been introduced in the Discrete Element Method. This criterion expresses damage as a function of crack opening. When the local stress reaches a rupture threshold, it decreases linearly with the crack opening until the rupture is obtained. This first criterion gives good results on the convergence of fragmentation parameters in simple cases |69, 88, 97, 143-147|, but requires a great number of particles. In a second step, another rupture criterion has been introduced for simulating the fragmentation of more complex three-dimensional structures for high-strain rates. This rupture criterion is based on a different physical approach that accounts for heterogeneous brittle materials with defects. These defects can evolve and cause local failure. They are introduced per unit volume elementusing a Weibull probability distribution |29, 33, 42-44|. This distribution depends on the local stress until the local stress reaches an activation threshold. After that, the defects propagate and form areas of relaxation in which defect cannot evolve. The damage evolves as these areas of relaxation evolve. This second rupture criterion has been validated in simple cases by examining the convergence of the statistical parameters of fragmentation. Compared to the first criterion, the second criterion requires ten times fewer particles. After, a more complex three-dimensional case, dynamic tensile tests in Hopkinson bars, has been treated.

L'objectif de ce travail de thèse a été de modéliser avec une méthode aux éléments discrets la fracturation en tension, et plus particulièrement la fragmentation dynamique, sur des matériaux fragiles pour de hautes vitesses de déformation. La fragmentation est un phénomène irréversible, non linéaire et aléatoire. Elle intervient dans de nombreux domaines de la vie courante, quelque soit l'échelle considérée. La modélisation numérique de ce phénomène permettrait une prédiction de certains paramètres statistiques de la fragmentation, comme le nombre de fragments, la taille des fragments, la distribution de la taille des fragments, etc. Pour cette thèse, la Méthode des Éléments Discrets (DEM) s'est révélée être un excellent moyen pour simuler la fracturation en raison de sa nature discrète. Toutefois, une bonne méthode de simulation numérique ne suffit pas à elle seule pour modéliser la fragmentation dynamique. Un critère de rupture doit également être inséré, afin d'introduire un endommagement. Ce critère de rupture s'écrit au niveau d'un lien entre deux particules et il engendre un dommage, en faisant décroître la contrainte locale jusqu'à l'obtention d'une fissuration discrète. Dans un premier temps, un critère de rupture de Camacho-Ortiz |24| a été introduit dans une méthode aux éléments discrets. Ce critère se traduit par un endommagement en fonction d'une ouverture de fissure. Ce premier critère a donné de bons résultats comparé à ceux de |69, 88, 97, 143-147| sur la convergence des paramètres de la fragmentation sur des cas simples, mais nécessite un grand nombre de particules. Dans un second temps, afin d'envisager la modélisation de la fragmentation sur des cas plus complexes en trois dimensions à de hautes vitesses de déformation, un second critère de rupture a été introduit. Ce critère de rupture s'appuie sur une approche physique différente, qui prend en compte l'hétérogénéité des matériaux fragiles avec leurs défauts susceptibles d'évoluer et de provoquer une rupture locale. Pour cela, il fait intervenir une loi probabiliste de Weibull afin d'introduire des défauts par élément de volume. Ce critère a été développé par C. Denoual, P. Forquin et F. Hild |29, 33, 42-44|. Tout d'abord, ce second critère de rupture a été testé sur des cas simples en obtenant une convergence des paramètres statistiques de la fragmentation avec un nombre environ $10$ fois moins important de particules que pour la première méthode. Un cas plus complexe en trois dimensions de modélisation de barre d'Hopkinson en trois dimensions a permis de tester de manière " qualitative " la méthode.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Jurídicas, Programa de Pós-Graduação em Direito, Florianópolis, 2009. / Made available in DSpace on 2012-10-24T13:20:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 278416.pdf: 2169227 bytes, checksum: 0a435b9af16694f5a2252770715b9afa (MD5) / A presente pesquisa insere-se na dinâmica de gestão e ordenamento da zona costeira, dando ênfase à aplicação do ecodesenvolvimento. A coexistência de múltiplos interesses e de diversas entidades com objetivos diferenciados neste espaço geográfico não deve impedir a coordenação e o diálogo entre as instituições, afim de garantir a implementação de uma política de Ordenamento e Gestão Integrada da Zona Costeira. A discussão sobre o modelo atual desta política centrada aqui no estudo de caso da Barra do Camacho- permite demonstrar que a co-gestão adaptativa representa uma alternativa ao modelo economicista dominante de gestão dos recursos naturais, reputado predador e excludente. Os resultados deste estudo se articulam da seguinte maneira: uma abordagem inicial e essencialmente conceitual apresenta a etiologia da crise ambiental. Em seguida, descreve-se o Sistema Nacional de Unidades de Conservação especificamente a APABF -, a gestão da zona costeira e apresenta-se o caso em análise: a mineração de conchas calcárias na Barra do Camacho/SC. Propõe-se, enfim, a fórmula da co-gestão adaptativa como alternativa ao modelo em vigor. Neste sentido, no que diz respeito ao manejo da zona costeira, demonstra-se que a aplicação do princípio da precaução e a adoção da prudência ecológica são essenciais à efetivação deste novo modelo participativo e sustentável. Por conseguinte, o tratamento jurídico dos problemas levantados deve obedecer ao princípio da precaução uma vez que este é o principal instrumento para garantir a efetividade do modelo proposto. A escolha da co-gestão adaptativa para a zona costeira não significa necessariamente que esta seja a melhor maneira para gerir o território costeiro; ela constitui, entretanto, um instrumento útil para a aplicação do ecodesenvolvimento, principalmente nas áreas especialmente protegidas. / This research fits into the resource and regulatory management of the coastal zone and is based on the principle of eco-development. The coexistence of multiple interests are dispersed geographical in this area should not prevent the coordination and dialogue between the institutions concerned so that the effectiveness of the Regulatory Policy and the Integrated Management of the Coastal Zone is guaranteed. The discussion on the current model of this policy, focused here on the case study of Barra do Camacho, shows that the adaptive co-management represents an alternative to the dominant economic model of management of natural resources, which has the reputation to be predator and exclusive. The results of this study are based in the following way: firstly, from conceptual point of view, we present an etiology of the environmental crisis. Then, we describe, the way of working of the National System of Conservation Units (APABF), the management of the coastal zone and the singularity of the case analyzed: mineral of the shells in Barra do Camacho / SC. Finally, we propose the principle for adaptive co-management as an alternative to the current model. Thus, concerning the exploitation of the coastal zone, we demonstrate that the application of the precautionary principle and the adoption of ecological prudence are key to implement this new approach designed to be participatory and sustainable. The legal treatment of the issues raised must comply with the precautionary principle since it is the key to the success of the proposed model. The choice of adaptive comanagement for the coastal zone may not be the "magic formula" to manage the coastal territory, it remains a useful tool in the application of eco-development, especially in the highly protected territories.