Ce mémoire, scindé tout au long de ses chapitres entre deux projets distincts de caractérisation de matériaux, présente les aspects expérimentaux d'une étude sur les joints d'aluminium collés d'une part et les matériaux composites à fibres courtes orientées aléatoirement d'autre part.Ce travail s'est effectué au sein d'une entreprise ; ceci explique l'importance accordée à une approche industrielle des sujets de recherche. La revue de littérature sur ces secteurs innovants a permis d'influencer les choix techniques et d'orienter les étapes pratiques. Les propriétés de base, notamment en termes de rigidité et de résistance, ont été caractérisées à l'aide de tests mécaniques normalisés. D'autres mesures ont aussi été faites par des méthodes plus variées comme la microscopie, les ultrasons, l'analyse thermomécanique. Finalement, les résultats ont permis de mieux connaître ces matériaux et les technologies associées (pour le collage notamment) et de procurer des données expérimentales fiables et concrètes en vue d'une optimisation des structures faisant appel à ces techniques. Dans le cas du collage, l'importance du traitement de surface a été prouvée, et plusieurs paramètres intervenant dans ce procédé d'assemblage ont pu être étudiés (température, épaisseur du joint, géométrie). La résistance importante du collage a aussi été démontrée, tant en statique (21 MPa) qu'en limite d'endurance. Pour l'étude des composites, les points faibles d'une coque de bateau ont pu être identifiés et une classification des propriétés dans la structure proposée (trois zones de résistances comprises entre 21 et 36 MPa). L'impact de la densité de la résine et de la quantité de fibres, de même que l'influence de l'orientation des fibres ont été abordés dans ce problème. Enfin, une étude en flexion a permis de chiffrer un écart de 35,4 % entre la déformation relevée à la fissure du revêtement gel-coat, en surface donc uniquement esthétique, et celle du composite lors de son bris structural.

Ce projet de maîtrise s'inscrit dans le cadre d'un projet CRIAQ en collaboration avec l’École Polytechnique et quatre partenaires industriels (Bell Helicopters, Bombardier Aerospace, Pratt & Whitney Canada et Artec technologies). Le projet a pour but de développer une nouvelle technologie qui intègre, dès la phase de conception, des éléments amortissants SPADD (Smart Passive Damping Device) dans les structures sandwich-NIDA (une structure en forme de nids d'abeilles). L’objectif est la réduction de la transmission solidienne des vibrations mécaniques ainsi que la diminution de la transmission acoustique du bruit. Les travaux de recherche présentés dans cette maîtrise portent sur le développement d’une approche simple et robuste pour la caractérisation expérimentale de la réponse vibroacoustique des structures sandwich-NIDA avec amortissement SPADD intégré, lorsqu’elles sont soumises à diverses sollicitations. Cette étude, largement guidée par l’expérimentation, a nécessité la conception et la réalisation de nombreux bancs d’essai afin de comprendre et de mesurer les divers phénomènes pour caractériser ces nouvelles structures sandwich-NIDA avec amortissement intégré. L’étude expérimentale a permis de mettre en évidence un gain de 2 à 4 dB au niveau vibratoire et de 1.5 dB au niveau acoustique pour les panneaux NIDA avec amortissement intégré. Enfin, les bancs d’essai proposés ont permis de caractériser les structures sandwich (NIDA) avec amortissement intégré.

Dans la chaîne de fabrication des produits plats sidérurgiques, les brames sont des produits semi-finis sortant de la coulée continue, se présentant sous la forme de parallélépipèdes d'acier de 150 à 320 mm d'épaisseur qui devront passer dans le laminoir à chaud afin de réduire leur épaisseur à quelques millimètres pour être enfin enroulées en bobines de tôle. Pour permettre les importantes déformations du laminage, les brames doivent entrer dans le laminoir à une température comprise entre 800 et 1200°C; elles sont amenées à cette température en traversant un four de réchauffage où leurs faces supérieure et inférieure sont chauffées par des brûleurs de différents types, parmi lesquels figurent des brûleurs à longueur de flamme réglable, qui doivent permettre une variation, en cours de fonctionnement, de la longueur de la flamme générée par le brûleur afin d'adapter le profil de transfert de chaleur aux caractéristiques géométriques du produit à réchauffer. Ce travail a permis de caractériser le fonctionnement et les performances d'un tel brûleur, en particulier de déterminer la réglabilité effective de la longueur de flamme en fonction des conditions opératoires, ainsi que d'établir l'utilité de la modulation de flamme pour le procédé de chauffage en mesurant les effets de cette variation sur le profil de flux de chaleur transmis à la charge. Les conséquences de ces modifications sur la stabilité de la combustion et sur les quantités de polluants émis, en l'occurrence sur les émissions d'oxydes d'azote (NOx), ont également été examinées. Les performances du brûleur à longueur de flamme variable ont été étudiées par le biais de mesures réalisées sur une unité pilote à échelle réduite, conçue et réalisée au cours de ce travail. La détermination de la longueur de flamme a été réalisée par la mesure de l'émission de chimiluminescence du radical $OH$ tandis que la mesure du profil de flux radiatif incident sur la charge a mis en évidence que les transferts de chaleur au sein du four n'étaient que faiblement modifiés par les variations de longueur de la flamme. Les résultats expérimentaux ont également montré que la forme de la flamme n'influençait pas de manière significative le niveau d'émissions de NOx à la sortie du four. Cette approche a été complétée par une démarche de simulation numérique détaillée de l'équipement à l'aide d'un code commercial de CFD (pour Computational Fluid Dynamics) permettant de résoudre les équations différentielles de l'aéro-thermochimie (écoulement, turbulence, combustion et transfert de chaleur) dans le four. La comparaison des données numériques et expérimentales a permis de valider les résultats de simulation et d'établir leur sensibilité aux hypothèses des modèles utilisés. Elle a montré que la prédiction de la forme de la flamme était principalement conditionnée par les paramètres cinétiques du modèle de combustion plutôt que par le choix des modèles de turbulence et de rayonnement; elle a en outre établi que les niveaux d'émissions d'oxydes d'azote de l'ensemble des flammes modélisées ne pouvaient être calculés correctement par des modèles simples de combustion et de production de NOx. Ce travail s'inscrit dans le contexte de recherches réalisées en collaboration avec l'Agence Internationale de l'Energie, portant sur l'étude des phénomènes liés à la combustion du gaz naturel dans des brûleurs alimentés en air préchauffé; il a bénéficié du soutien financier de la Région Wallonne pour l'acquisition des outils expérimentaux et numériques utilisés au cours de cette étude.

Les actionneurs à film diélectriques (DEA) sont une classe d'actionneurs prometteurs. Fabriqués de polymères, ces actionneurs électromécaniques offrent un ratio force-poids élevé et une grande plage de déplacements potentiels. Alors que leurs caractéristiques de minceur et de légèreté les destinent principalement des applications portatives ou mobiles, où l'efficacité énergétique est un facteur clé de l'intégration technologique, très peu d'information est disponible quant à leurs performances énergétiques. L'objectif de ce travail vise donc la compréhension des phénomènes qui régissent l'efficacité des DEA par la caractérisation expérimentale de leurs performances énergétiques sous différentes conditions de fonctionnement. L'avenue proposée pour l'analyse combine un modèle thermodynamique simple, basé sur la variation de capacitance des DEA, une caractérisation expérimentale des performances d'un DEA standard (conique). De nombreux graphiques d'efficacité sont obtenus et analysés en fonction d'une description énergétique combinant des processus thermodynamique, électromécanique et mécanique. Le processus thermodynamique est la base théorique de la description énergétique. Il est fonction de la capacitance d'un DEA et de son mode de fonctionnement. Le processus mécanique représente quant à lui la viscoélasticité des matériaux et réduit l'efficacité du modèle en fonction des conditions de fonctionnement, tout comme le processus électromécanique qui combine les pertes électriques et les déformations non désirées. L'analyse préliminaire des performances d'un moteur en DEA permet d'approfondir la compréhension des pertes électromécaniques en fonction des conditions aux frontières. À la lumière des résultats, des règles stratégiques de conception sont présentées en fonction de la tension imposée, de la vitesse d'actionnement, du déplacement imposé, des matériaux, des modes d'opération et des conditions aux frontières.

La prédiction du bruit intérieur d’un habitacle typique d’un avion nécessite la modélisation vibroacoustique de l’ensemble fuselage et la compréhension des mécanismes gouvernant la transmission acoustique à travers ces structures. Ce projet a pour objectifs de développer et mettre en place un modèle hybride expérimentale-numérique rapide et précis permettant de prédire la transmission acoustique à travers ces structures soumises à des excitations aériennes et solidiennes. Le but est d’élucider les mécanismes de transmission acoustique afin de réduire la transmission solidienne de vibrations mécaniques ainsi que diminuer la transmission acoustique du bruit dans la cabine. À ce propos, une double-parois représentative d’avion est modélisée par la méthode de l’analyse statistique énergétique (SEA). Le modèle utilisé est basé sur la connaissance des différents indicateurs vibroacoustique; spécifiquement le nombre d'onde, la densité modale, le facteur de perte par amortissement, le facteur de perte par couplage et l’efficacité par rayonnement. La tâche est rendue davantage difficile par les complexités mécaniques et physiques mises en jeu. Une première partie porte sur la caractérisation expérimentale du facteur de perte par amortissement des structures sandwich composites. Une nouvelle méthode expérimentale de mesure de l’amortissement dénommée IWM (Inverse Wave Method) est mise en place. Elle se base sur la mesure du nombre d’ondes complexe. Il ressort que la méthode développée présente plus de stabilité dans les résultats obtenus tant numériques qu’expérimentaux. La deuxième partie de cette étude est totalement dédiée à l’efficacité de rayonnement. La mesure de l’efficacité de rayonnement est étudiée par une approche énergétique statistique des structures suspendues en libre libre et non bafflée dans une chambre réverbérante. La mesure est validée sur une large bande de fréquences pour plusieurs types de constructions. La troisième partie porte sur une validation expérimentale détaillée d'un modèle sandwich (General Laminate Model). À partir des propriétés mécaniques des structures aéronautiques étudiées, le modèle sandwich permet de prédire leurs comportements vibroacoustique. La précision de ce modèle est étudiée sur une large bande de fréquences. Enfin, la transmission acoustique d’une double paroi avec des connexions structurales entre les deux panneaux est étudiée. Les voies de transmission dominantes sont identifiées dans la gamme de fréquences entre 100 Hz et 10 kHz pour des doubles parois sous champ diffus. La transmission non-résonante est plus importante en basses fréquences alors que les parties structurale et aérienne dominent respectivement en moyennes et hautes fréquences. Une validation avec des résultats expérimentaux montre que le modèle est capable de prédire les changements au niveau de la transmission, causés par les différents couplages structuraux (couplage rigide, couplage souple). L’objectif final étant évidemment de réduire le niveau de bruit dans la cabine.

Au cours des dernières décennies, les retours d'expérience de tunnels ont mis en évidence de nombreux dommages causés par le phénomène de gonflement. Ce phénomène, qui concerne des formations variées très répandues dans les ères géologiques (terrains argileux ou anhydrite), est susceptible d'affecter un certain nombre de tunnels futurs. Cette thèse envisage de mettre au point une méthodologie de calcul des revêtements de tunnels en terrain gonflant.<br /><br />En s'inspirant des retours d'expérience et des méthodes existantes, une loi de comportement élastoplastique a été établie pour simuler le développement de gonflement apparaissant dans le massif du fait d'un changement d'état de contraintes et d'une arrivée d'eau. La loi de gonflement supposée élastique et tridimensionnelle relie le logarithme de la contrainte à la déformation, en tenant compte d'une éventuelle anisotropie de gonflement associée à la stratification du terrain.<br /><br />Après avoir été implanté dans le code par éléments finis CESAR-LCPC, ce modèle de gonflement a été validé à deux niveaux : d'une part, sur un échantillon de matériau gonflant soumis à un essai de gonflement et, d'autre part, sur un ouvrage instrumenté directement concerné par le phénomène de gonflement.<br />Des essais de gonflement spécifiques permettent d'identifier les différents paramètres de gonflement. Les tentatives de calage de la loi de gonflement ont donné des résultats satisfaisants sur plusieurs matériaux gonflants différents.<br />La modélisation numérique du tube Nord du tunnel de Chamoise pour lequel les mesures in situ ont mis en évidence le développement du gonflement des marnes sous le radier, a montré une meilleure concordance du modèle de gonflement avec les mesures in situ que les calculs classiques ; en particulier, on a pu retrouver une asymétrie marquée du comportement du radier et obtenir des déplacements dans le massif plus proches de la réalité.

Les procédés de soudage conduisent à des modifications de microstructure et induisent des contraintes et distorsions résiduelles jouant un rôle important sur la tenue mécanique des assemblages. Cette étude a pour objectif la modélisation des phénomènes thermomécaniques liés à l'opération de soudage du TA6V, ce qui implique d'identifier et de modéliser les sollicitations thermiques imposées par le soudage, le comportement métallurgique et thermomécanique du matériau. L'étude thermique et métallurgique a permis de montrer les principales évolutions de phases de l'alliage, durant le soudage laser. Ainsi, en première approximation, nous pouvons considérer que 3 phases distinctes sont à prendre en compte dans le calcul thermomécanique (la phase a, la phase ß et la phase a'). Afin de caractériser les phases ou mélange de phase en présence, des essais thermomécaniques sont réalisés pour diverses températures et conditions de déformation. Concernant le choix du modèle numérique, on adopte pour chacune des phases un modèle à variables internes de type Lemaître et Chaboche avec écrouissage cinématique non linéaire, un critère de plasticité de type Von Mises et une loi d'écoulement viscoplastique de type Norton, couplé à une loi de transition d'échelle. L'identification de chaque phase se fait par méthode inverse, à partir des essais thermomécaniques, grâce au module d'optimisation de ZSeT/ZMaT. La loi de localisation choisie est basée sur un modèle polycristallin en ß qui permet le passage du comportement microscopique de chaque phase au comportement macroscopique de l'ensemble. La validité de ce modèle décrit précédemment passera par la définition d'un essai expérimental représentatif des différents phénomènes rencontrés lors de l'opération de soudage.

Le béton est un matériau présentant du fluage propre (déformation différée évoluant dans le temps, sous charge mécanique et état hydrique constants). Ce comportement en fluage est de plus vieillissant (l’évolution de la déformation dépend de l’instant d’application de la charge constante; il ne s’agit pas d’une simple translation en temps). Ce comportement vieillissant traduit le caractère « vivant » du matériau, dont la microstructure évolue considérablement au fil du temps. L’étude du fluage du béton est particulièrement critique pour les enceintes de confinement précontraintes, puisque le fluage a pour conséquence une relaxation de cette précontrainte dans le temps. Or les bétons d’enceinte sont mis en charge (application de la précontrainte) au bout de 2-3 ans environ, alors que les essais de fluage sur éprouvettes sont réalisés après 3 mois de maturation. Évidemment, la réponse en fluage mesurée sur un essai en moins d'un an ne peut être directement transposée sur un calcul de structure pour un chargement à 3 ans. Il est de même exclu d’attendre plusieurs années pour réaliser un essai de fluage sur éprouvette. Afin de relier ces deux réponses en déformation, obtenues par chargement à deux instants différents, un modèle de comportement matériau intégrant le fluage vieillissant s’avère nécessaire. Pour développer un tel modèle, compte tenu de la nature multi-échelle et multi-physique du béton, l’approche micromécanique représente une piste particulièrement attractive. En effet, plusieurs ordres de grandeur de dimensions séparent l’échelle des mécanismes physiques responsables du fluage de celle d’usage. La validation se fera vis à vis d’essais sur béton Vercors. Ces approches micromécaniques sont l’objet d’une action de recherche en collaboration avec l’EDF, l’ENPC et le CEA Saclay. La thèse vise à construire une loi de comportement de fluage propre vieillissant d’un béton, sur la base d’arguments physiques, par une démarche micromécanique, et à la valider expérimentalement. Le volet modélisation de la thèse présente deux objectifs principaux : déterminer le comportement vieillissant du béton à partir de celui de la pâte, et estimer le comportement vieillissant de la pâte elle-même à partir d’informations sur les micro-mécanismes sous-jacents. Le premier point constitue une application d’outils développés à EDF. Pour le second point, on commence par aborder le phénomène de solidification (précipitation progressive d’hydrates). Il s’agit alors d’étendre une approche mise au point à EDF à des modèles morphologiques évolutifs de pâte de ciment. Ces modèles micromécaniques sont développés de façon semi analytique (homogénéisation en champs moyens) et de façon numérique (homogénéisation en champs complets), afin de compléter le domaine couvert par la modélisation, ou de réaliser des intercomparaisons de résultats. L’homogénéisation numérique fait appel à la méthode des éléments finis appliquée sur des échantillons numériques 3D générés par des outils développés au CEA.. Cette double approche permettra en outre de vérifier le bon fonctionnement des outils développés. Le volet expérimental présente deux objectifs visant à compléter les données expérimentales concernant le comportement de fluage au jeune âge disponibles sur béton Vercors, dans deux directions :sur béton, compléter le programme de quelques échéances de chargement; caractériser le comportement aux échelles inférieures (du mortier et de la pâte de ciment).Ces essais sont réalisés dans le laboratoire génie-civil des Renardières (EDF) et servent notamment de données de validation des modèles micromécaniques / Concrete is a material presenting basic creep (delayed strain evolving over time, under constant mechanical load, constant temperature and sealed conditions with respect to the humidity). This creep behaviour is also ageing (dependence of the evolution of the strain on the instant of application of the constant load, which does not correspond to a simple translation in time). This behaviour can be attributed to the "living" character of the material, whose microstructure evolves significantly over time at different scales. The concrete creep is critical for the prestressed containment building of nuclear power plants, since creep yields prestress relaxation. Obviously, the creep response measured on a test at less than 1 year cannot be directly transposed to a structural calculation for a load at 3 years. It is also excluded to wait several years to perform a creep test on a specimen. In order to connect these two strain responses, obtained by loading at two different instants, a material behaviour model integrating the ageing creep is necessary. To develop a model of material behaviour incorporating the ageing creep, given the multi-scale and multi-physics nature of concrete, creep experiments combined with the micro-mechanical modelling approach are attractive and are applied to the study of the VeRCoRs concrete, which is a typical mix design for the construction of the containment building. In fact, several orders of magnitude of dimensions separate the scale of physical mechanisms from the macroscopic scale. The validation will be done with regard to experiments on the VeRCoRs concrete. These micromechanical approaches are the subject of a research action in collaboration with EDF, ENPC and CEA Saclay. Homogenization of random media is a widely used practical and efficient tool to estimate the effective mechanical behavior of composite materials. However, when the microstructure evolves with respect to time, due to phase transformations, care should be taken when upscaling behaviors that themselves involve time, such as viscoelasticity. The improved approach in this thesis is able to overcome this limitation, building an equivalent composite replacing transforming phases by fictitious ageing viscoelastic phases to carry out the upscaling process. Applications to cement paste, to mortar and to the VeRCoRs concrete are proposed, referring to a simplified morphological model. Then it extends the approach developed at EDF to evolving morphological models of cement paste. Besides, we have generated a 3D numerical polycrystalline microstructure and compared the finite element simulation results with the analytical ones in the case of ageing viscoelasticity. Finally, the experimental campaign is carried out to characterize the ageing basic creep at different scales and at different ages of loading with the formulation of the VeRCoRs concrete in two ways : on concrete, complete the experimental program at different ages of loading; apply behaviour at lower scales (mortar and cement paste).These tests are carried out in the civil engineering laboratory in EDF les Renardières. A direct confrontation between the experimental results and the modelling results is performed. The ageing basic creep behaviour is compared with the application of mean-field homogenisation schemes

L'amélioration de la fiabilité des convertisseurs hautes fréquences nécessite la connaissance de la puissance instantanée fournie par chaque interrupteur. Cette grandeur est très difficile à mesurer et le travail présenté ici vise à obtenir une bonne précision sur sa détermination en utilisant un oscilloscope numérique.<br /><br />Bien qu'en théorie la grandeur cherchée soit simplement le produit du courant par la tension, aucun oscilloscope ne permet d'atteindre la précision requise. Au long de cette étude, de nombreuses causes d'erreurs sont identifiées. Pour la plupart d'entre elles, des améliorations faisant appel soit à des procédures d'étalonnage - correction, soit à des techniques de traitement du signal, sont présentées et testées.<br /><br />Les erreurs introduites par les convertisseurs analogique-numérique de l'oscilloscope (quantification, non linéarités), ainsi que par les sondes de tension et de courant sont étudiées avec un soin particulier.<br /><br />Enfin, l'ensemble de cette étude permet de dégager des méthodes de mesures et des critères pour le choix d'un oscilloscope numérique pour ce type d'application. Ce travail s'est concrétisé par le développement et la mise au point d'une chaîne de mesure pour l'électronique de puissance.

Ce travail de thèse porte sur une catégorie de matériaux actifs dénommés Elastomères Magnéto-Rhéologiques (EMR). Ces derniers sont composés de particules micrométriques et magnétisables imprégnées dans une matrice élastomère isolante. Il est possible de modifier les propriétés mécaniques de tels matériaux en les soumettant à un champ magnétique externe. Avec pour objectif d’aboutir à une caractérisation couplée (magnéto-mécanique) du comportement des EMRs en grandes déformations et en présence de champs magnétiques élevés, ce travail propose une approche à la fois expérimentale, théorique et numérique.La première partie de ce travail s’intéresse à des aspects expérimentaux où l’influence de la microstructure (isotrope et transverse isotrope) et l’influence de la fraction volumique de particules sont étudiées. Un échantillon dédié est développé afin d’obtenir simultanément des champs mécaniques et magnétiques les plus homogènes possibles dans celui-ci lors d’une caractérisation couplée. La question de l’adhésion interfaciale entre les particules de fer doux et la matrice en silicone est également traitée et il est montré qu’un traitement chimique des particules est nécessaire afin d’éviter toute décohésion avec la matrice lorsque le matériau est soumis à un champ magnétique externe. Avant d’analyser les données obtenues, le dispositif expérimental permettant d’obtenir de manière simultanée une mesure du champ de déformation en trois dimensions et une mesure des champs magnétiques internes, est décrit. Malgré l’ensemble des difficultés expérimentales en grande partie dûes à des phénomènes d’instabilité qui sont omniprésents chez les EMRs, de nombreuses données sont collectées et serviront à la calibration des lois de comportement.La seconde partie de cette thèse couvre la modélisation couplée magnéto-mécanique des EMRs en s’appuyant sur le cadre théorique général des solides magnéto-élastiques proposé par Kankanala, Triantafyllidis et Danas (2004, 2012, 2014). En particulier, la méthode énergétique (qui s’appuie sur l’utilisation d’une fonction d’énergie libre) est préférée et des formulations variationnelles équivalentes (qui diffèrent entre elles simplement par le choix de la variable magnétique indépendante utilisée pour décrire le problème : B, H ou M) sont proposées et implémentées dans des codes numériques 3D s’appuyant sur la méthode des éléments finis. Ces outils numériques sont combinés à la méthode de minimisation des moindres carrés afin d’obtenir l’ensemble des paramètres matériaux du modèle de comportement des EMRs. L’utilisation de simulations numériques est nécessaire car une approche purement analytique ne permettrait pas de modéliser « l’effet de forme » observé expérimentalement. En effet, il est primordial de modéliser ce dernier car dans le cas contraire les paramètres identifiés dépendraient de la forme de l’échantillon expérimental et ne décriraient pas uniquement le matériau.La troisième partie de cette étude décrit en détail l’implémentation numérique des différentes formulations variationnelles proposées précédemment. Dans chacun des cas, il est prouvé que l’utilisation d’éléments isoparamétriques est bien adaptée. De nombreuses difficultés numériques ont été observées dans le cas des formulations variationnelles utilisant le champ de déplacement et le potentiel vecteur magnétique comme variables indépendantes. L’ensemble de ces difficultés (comme par exemple la minimisation de l’énergie potentielle sous la contrainte imposée par la jauge de Coulomb) est surmonté dans ce travail. Avant de décrire les différents problèmes tests utilisés pour s’assurer de la validité et de la précision des codes numériques, les différentes étapes nécessaires à la simulation d’un problème aux limites sont expliquées. Plus précisément, les questions liées aux spécificités des conditions aux limites à appliquer sur le potentiel vecteur magnétique ou encore aux conditions de symétries, sont traitées. / In this thesis, we study a class of “active materials” called Magnetorheological elastomers (MRE) which are ferromagnetic impregnated rubbers whose mechanical properties are altered by the application of external magnetic fields. With the purpose of characterizing the behavior of MREs up to large strains and high magnetic fields, this work brings a completely novel experimental, theoretical and numerical approach.The first part of this study focuses on an experimental investigation of MRE where multiple microstructures (isotropic and transversely isotropic materials) and multiple particles’ volume fraction are tested. A special sample geometry is designed in order to increase the uniformity of internal magnetic and mechanical fields measured during coupled-field experiments. The interfacial adhesion between the iron fillers and the silicone matrix is investigated and we show that when specimens are subjected to external magnetic fields, a silane primer treatment of the particles is needed to prevent debonding at the interface particle/matrix. Then, we present the magneto-mechanical testing setup that allows simultaneous 3D mechanical and magnetic measurements before discussing the results. Even if is found that instabilities are ubiquitous in MREs, lots of useful data are collected and will be used to compute the parameters proposed in the material model.The second part of the thesis is dedicated to the modeling of isotropic MREs. The continuum description proposed by Kankanala, Triantafyllidis and Danas (2004, 2012, 2014) to derive constitutive laws that account for finite strains is used and, in particular, the energetic approach (that requires an energy density function) is chosen. Multiple equivalent variational formulation alternatives (based on different choices of the independent magnetic variable used in the energy function: B, H or M) are given and implemented into 3D finite element (FEM) codes. Based on the use of FEM simulation in combination with least square optimization methods, the previously collected experimental data are fitted and all three energy functions ψB , ψH and ψM are computed. The obtained material model proves to have excellent predictive capabilities when compared to other experiments not used in the fitting process. The use of numerical tools is necessary to make sure that the calculated material parameters are not influenced by the shape of experimental specimens.The last part of this work details the numerical implementation of the different variational formulations. For each one of them, it is found that isoparametric elements are well suited to simulate coupled magneto-mechanical boundary value problems. We show that special care is needed when implementing variational formulations using the displacement vector and the magnetic vector potential as independent variables. Indeed, ensuring the uniqueness of the vector potential requires to numerically enforce the Coulomb gauge, which leads to numerical complications that are addressed in this thesis. Before describing the different patch tests that have been considered to validate the numerical codes, we show which are the valid boundary conditions for the magnetic vector potential and how to use the symmetry properties of a given boundary value problem to reduce its complexity and the computational resources needed to solve it.