Le Liban se caractérise par ses hautes montagnes fortement urbanisées. Traversé par plusieurs failles principales et secondaires, ce pays présente de forts risques sismiques. Il a déjà subi plusieurs tremblements de terre destructeurs. Dans le futur, on craint un tremblement de terre majeur. Face à une telle situation, il est nécessaire de mener des travaux de recherche pour analyser ce risque. Ce travail de thèse s’inscrit dans ce cadre. Le travail est réalisé à l’aide d’une modélisation numérique avancée fondée sur la méthode des éléments distincts. Les études ont été effectuées à l’aide du code de calcul (UDEC). Les analyses sont établies sur des cas réels identifiés à partir de plusieurs visites de terrain. Un travail important a été aussi consacré à la collecte des informations relatives aux propriétés mécaniques des matériaux. La première partie de la thèse est consacrée à une synthèse bibliographique en rappelant les paramètres qui caractérisent la géométrie des discontinuités des massifs rocheux et leur comportement mécanique en compression et en cisaillement. Des méthodes d’analyse de la stabilité des milieux rocheux fissurés et quelques exemples réels publiés dans la littérature sont exposés. La seconde partie comporte des analyses sismiques menées sur un massif du site de Jezzine au Liban Sud. Les modélisations traitent différentes configurations : massif sans fractures, massif avec fractures horizontales et massif avec un réseau de fractures horizontales et verticales. On présente également les résultats obtenus avec un renforcement du massif par ancrage. La dernière partie présente une étude de l’influence de la présence de l’eau sur le comportement sismique des massifs rocheux. / Lebanon is characterized by high-urbanized mountains, which could be subjected to severe earthquakes, because of the presence of a major fault and some secondary faults. Lebanon was previously subjected to several destructive earthquakes, particularly in 551, 1202, 1759 and 1837 and more recently in the years 1956 and 2008. Experts predict a major seismic event in the future. Prevention constitutes an efficient way to minimize the earthquake consequences (casualties and property damage). This thesis aims to develop a methodological approach for the seismic stability of fractured rocks and to apply this methodology to the analysis of real case in Lebanon. The work is based on an advanced numerical modeling using the UDEC software to analyze the behavior of massive fractured rocks under seismic loading, taking into account the presence of water in the fractures. Due to lack of field data, significant work has also been devoted to the collection of data collection related to mechanical properties of the materials and joints. The first part of the thesis presents a literature review of the characterization of the rock discontinuities and methods used for the analysis of the stability of fractured rock masses. The second part presents seismic analysis of a real case in South Lebanon (Jezzine). Numerical calculations were carried on different configurations: rock mass without fractures, rock mass with horizontal fractures and rock mass with both horizontal and vertical fractures. Analysis was also conducted on the use of anchors for the rock mass stabilization. The last part presents a study of the influence of the presence of water on the seismic behavior of fractured rock masses.

Le présent travail comporte une analyse de l’influence de l’interaction sol-fondation-structure sur le comportement sismique des structures de type bâtiment. L’étude est réalisée en utilisant une modélisation tridimensionnelle par différences finies intégrant dans la même analyse les différentes composantes du système, à savoir le sol, la fondation et la structure. Le travail est présenté en trois chapitres.Le premier chapitre comporte une étude de l’influence de l’interaction sol-fondation-structure sur la fréquence fondamentale des structures de type bâtiment. Le sol et la fondation sont modélisés à l’aide des éléments ressorts. L’analyse montre que l’interaction sol-structure peut réduire d’une manière très importante la première fréquence des structures de type bâtiment. Un abaque est proposé pour une prise en compte aisée de cette interaction dans l’évaluation de la première fréquence des bâtiments.Dans le second chapitre, on présente une étude tridimensionnelle de l’interaction sol-structure. Le comportement du sol est supposé élastique. L’analyse montre que la réponse de la structure dépend sensiblement de l’interaction complexe entre le sol et la structure, qui fait intervenir plusieurs paramètres, notamment le contenu fréquentiel du chargement, les fréquences propres du massif du sol et de la structure. Elle montre également que le comportement non linéaire du sol rend l’analyse plus complexe à cause de l’apparition de multiples fréquences dans le massif de sol. Le troisième chapitre est consacré à l’étude de l’influence du comportement non linaire du sol et de la structure sur l’interaction sol-fondation-structure. Cette étude montre que la plasticité du sol et des éléments de la structure peut avoir une forte influence sur la réponse sismique de la structure. / The thesis concerns analysis of the influence of the soil-foundation-structure interaction on the seismic on the seismic response of buildings. The study is carried out using the finite differences method of the system soil, foundation and structure.The thesis is composed of three parts.The first one concerns analysis of the influence of the soil-foundation-structure interaction on the fundamental frequency of building. The soil-foundation system is modeled using translational and rotational discrete springs. Analyses conducted for various soil and structure conditions showed that the building fundamental frequency depends on the soil-structure relative rigidity (Kss). A chart is proposed for an ease consideration of the influence of the SSI in the determination of the fundamental frequency of buildings.The second part deals with the analysis of the soil-foundation-structure interaction in the elastic domain. It shows that the response of the structure depends on the complex interaction between the soil and the structure. It also shows that the elastic nonlinear behavior of soil makes induces additional difficulties because of the apparition of multiple frequencies in the soil. The third chapter analyses the influence of the soil and structure nonlinearities on the seismic response of the system soil-foundation-structure. This study shows the plasticity of the soil and structural elements have a significant influence on the seismic response of the structure.

Ce travail comporte une analyse de différentes interactions du système sol-pieux-structure sous chargements sismiques. On s'intéresse notamment à l'analyse des mécanismes d'interaction entre les différents éléments (sol. pieu, chevêtre, structure) et une attention particulière est accordée à l'influence des non linéarités du sol, le développement : des rotules plastiques dans les pieux et le comportement de l'interface sol-pieux sur la réponse sismique du système sol- pieu-structure. L'étude est réalisée en utilisant une modélisation tridimensionnelle à l'aide du code de calcul FLAC 3D. Le travail de thèse est présente en trois chapitres: Le premier chapitre présente une synthèse bibliographique des travaux réalisés sur le comportement des pieux sous chargement sismique. Le second chapitre comporte une analyse tridimensionnelle du comportement sismique du système sol-pieu superstructure tout en intégrant l'effet de la plasticité du sol. L'étude est menée sur différents aspects de l'interaction sol-pieux-structure, à savoir l'influence des paramètres mécaniques du sol ou du pieu, de la configuration géométrique de groupe de pieux et l'influence du chargement sismique et son contenu fréquentiel. Le troisième chapitre traite des aspects particuliers du problème, notamment la formation des rotules plastiques en tête des pieux, la modélisation et l'influence de l'interface sol-pieu et le comportement des ouvrages renforcés. / This work includes an analysis of various interactions of soil-piles-structure under seismic loads.mainly concerns with the analysis of the interactions between different elements (soil, pile, foundation, structure). A special attention was devoted to the non-linearity of soil, the development of plastic hinges in the piles and the influence of the soil-pile interface on the seismic response of the soil-pile-structure. The study was conducted using a three-dimensional modeling using the program FLAC 3D. The thesis is presented in three chapters : The tirst chapter presents a literature review of research work related to seismic behaviour of pile foundations.The second chapter includes a three-dimensional analysis of seismic behavior of soil-pile-superstructure taking into account the effect of soil plasticity. The study was conducted on various aspects of the interaction soil-pile-structure. the influence of mechanical parameters of soil and pile. the geometric configuration of the piles groups and the influence of seismic loading and its frequency content.The third chapter deals with specific aspects of the problem. including the development of plastic hinges at the top of the pile. the modeling and the influence of pile-soil interface and behavior of reinforced structures

Ce travail de thèse présente le développement de modèles numériques pour la modélisation de l’endommagement des matériaux composites à fibres continues et matrice polymère. L’objectif est de fournir des outils numériques efficaces pour prédire l’endommagement sous chargement monotone et cyclique. Deux modèles ont été développés, un basé sur une approche multi-échelle d’homogénéisation et l’autre défini dans le cadre de la mécanique de l’endommagement. Ce dernier est utilisé dans une nouvelle approche pour prédire la durée de vie des matériaux composites. La première approche est une méthode multi-échelle afin d’étudier l’influence de l’endommagement à l’échelle microscopique sur le comportement macroscopique du composite. Le comportement macroscopique est déterminé par homogénéisation d’une cellule unitaire. L’approche est appliquée au cas d’un composite unidirectionnel afin d’étudier l’influence de l’endommagement de la matrice. Pour contourner les difficultés d’une approche multi-échelle, un modèle mésoscopique basé sur le couplage entre la plasticité et l’endommagement est proposé. Le modèle est validé et confronté à d’autres modèles ainsi qu’à des résultats expérimentaux. La dernière contribution est le développement d’une nouvelle approche pour la prédiction de la durée de vie des matériaux composites s’appuyant sur l’hypothèse que le matériau atteint un état stabilisé d’endommagement. Cette hypothèse permet d’utiliser l’analyse simplifiée pour prédire les états stabilisés. Le modèle de fatigue proposé est une loi puissance entre le nombre de cycles et les forces thermodynamiques associées à l’endommagement. L’approche est validée à partir de résultats expérimentaux. / A numerical framework for the modeling of the damage in fibre reinforced polymer composite materials has been developped. The objectives were to provide efficient numerical tools to predict the damage under static and cyclic loading. Two different models were proposed, one based on a fully computational multi-scale homogenization technique and a second one under the hypothesis of the meso-mechanics associated with a coupled damage-plastic constitutive model. The latter has been used in a new approach developped to predict the life of composite structures. As a first approach, a multi-scale application has been developed to better understand the influence of the damages occuring at lower scales on the macroscopic response. The macroscopic is defined by homogenization of a unit cell. The scheme is used to analyze the effect of the matrix damage on the material response in the case of unidirectional composites. To overcome the difficulties of the multi-scale approach, a meso-scale phenomenological model based on the coupled plasticity with continuous damage mechanics is proposed. All comparisons of the simulation with experiments and other models have shown good agreements. The third contribution is the development of a new approach to predict the life of composite materials based on the assumption that the material reaches a damage stabilized state during his life. This assumption makes it possible to use the simplified analysis. The life of the material is considered depending on the level of the thermodynamical forces associated with damage at the stabilized state by the use of a power law. Good agreements are obtained with experimental results.

Il y a plusieurs facteurs de risque reconnus de lombalgies. Les tâches de manutention ainsi que les chargements cumulés au dos font partis de ces facteurs de risque. Cette étude vise à déterminer si l’expertise à un impact sur le chargement cumulé sur L5/S1 lors de deux tâches de manutention. Il est supposé que les travailleurs expérimentés ont un chargement cumulé moindre que les travailleurs novices. Elle vise également à vérifier l’impact du chargement cumulé sur L5/S1 d'une cadence imposée lors de la première tâche et de la configuration du lieu de travail lors de la 2e tâche. Pour ces objectifs, il est supposé que la cadence imposée apportera un chargement cumulé moins élevé que la cadence libre et qu'il n'y aura pas de différence entre les configurations. Finalement, le dernier objectif est de déterminer le nombre de cycles de manutention minimal nécessaire pour faire une extrapolation des chargements cumulés qui n'aura pas de différence significative lorsque comparé au nombre total de cycles effectués. Il est supposé que l’utilisation d'un nombre restreint de cycles de manutention devrait permettre d'extrapoler les données avec un faible taux d’erreur, mais qu’il en faudra plus de quatre étant donné la variabilité des tâches à accomplir. Quinze manutentionnaires expérimentés et 15 novices ont participé à l’étude. Les participants devaient effectuer deux tâches. La première était une tâche de palettisation où les participants devaient faire des aller-retour à cadences libre et imposée de 24 boîtes d'une palette, vers une autre, pour un total de 96 boîtes considérées. La deuxième tâche était un transfert aller-retour de quatre boîtes d'un convoyeur vers un diable. Soixante-quatre transferts sont faits dans chacune des deux configurations, soit 90° et 180°, pour un total de 128 boîtes déplacées. Un système optoélectronique, une plate-forme de force et un modèle de dynamique inverse ont été utilisés pour estimer les moments de force résultants et asymétriques en L5/S1. L'intégrale des moments a servi à déterminer le chargement cumulé. Des analyses de variance à mesures répétées ont été effectuées afin de déterminer s’il y a des effets d'expertise, de cadence et de configuration. Des tests T ont été effectuées pour comparer les méthodes simplifiées aux standards de comparaison. Un seuil alpha de 0,05 a été utilisé pour tous les tests statistiques. Il n’y a pas d'effet d'expertise sur les moments de force résultants, et ce, pour les deux tâches effectuées, mais les manutentionnaires expérimentés ont des moments de force asymétriques cumulés significativement moins élevés que les manutentionnaires novices lors de la première tâche. La cadence est un facteur déterminant dans le calcul du chargement cumulé. Les moments de force résultants et asymétriques sont moins élevés lors de la cadence imposée plus rapidement que lors de la cadence libre, et ce peu importe l’expertise des manutentionnaires. Aussi, le fait de déplacer des boîtes à 90° donnent des chargements cumulés plus petits qu’à 180°. Les estimations des méthodes simplifiées varient en fonction des différentes conditions observées (cadence, configuration, expertise). Toutefois, les coefficients de variation (COV) de presque toutes les méthodes étudiés sont inférieurs à 10%, ce qui signifie que les résultats seraient semblables à ceux obtenus dans cette étude si la même expérimentation était refaite dans les mêmes conditions. En conclusion, l’expertise ne semble pas être une facteur déterminant qui influence le chargement cumulé, mais la cadence de travail, la configuration de l’espace de travail et le type de transferts effectués semblent en être. Il s'agit de la première étude biomécanique considérant un si grand nombre de transferts de boîtes pour déterminer le nombre minimal de cycles de manutention nécessaire à une extrapolation fiable des chargements cumulés. Pour le moment, la meilleure solution demeure de considérer tous les transferts dans le calcul des chargements cumulés. De plus, le fait de ne pas considérer les périodes où aucune charge n’est supportée par le manutentionnaire, c'est-à-dire les moments où le manutentionnaire n'a pas de boîte dans les mains, sous-estiment de près de 20% les chargements cumulés.

La roche argileuse, constitué par des minéraux comme l'argile, le quartz et la calcite, etc., est un milieu poreux typique sous enquête dans le monde entier dans l'ingénierie pétrolière, le stockage souterrain de déchets et de la science de l'exploitation minière. Il est important de caractériser les roches argileuses par des approches multi-échelles depuis son comportement mécanique et les propriétés physiques sont étroitement liées à la microstructure et les compositions minéralogiques. La présente thèse est consacrée à l'enquête micromécanique des argiles synthétiques artificielles obtenues par des essais de consolidation à haute pression dans le laboratoire avec la composition minérale et de la porosité sous contrôle pour réduire au minimum l'affection de la complexité des microstructures comme dans la nature argilo roches. essais de compression triaxiale avec des cycles de chargement-déchargement sont effectuées pour caractériser les comportements mécaniques et les propriétés de transport des fluides des argiles synthétiques. Le dispositif et les méthodes expérimentales développées sont ensuite utilisées pour caractériser la couche de roche argileuse morts-terrains dans une ingénierie pétrolière en Angola. Les données expérimentales permettent enfin l'application et la validation d'un modèle constitutif micromécanique à base de caractériser et de prédire les comportements mécaniques des argiles synthétiques. / Clayey rock, constituted by such minerals as clay, quartz and calcite, etc., is a typical porous medium under investigation worldwide in petroleum engineering, underground waste storage and mining science. It is important to characterize the clayey rocks by multi-scale approaches since its mechanical behavior and physical properties are closely related to its microstructure and mineralogical compositions. The present thesis is devoted to micromechanical investigation of the man-made synthetic clays obtained by high pressure consolidation tests in laboratory with mineral composition and porosity under control to minimize the affection of microstructural complexity as in nature clayey rocks. Triaxial compression tests with loading-unloading cycles are carried out to characterize both the mechanical behaviors and fluid transport properties of the synthetic clays. The developed experimental device and methods are then used to characterize the overburden clayey rock layer in a petroleum engineering in Angola. The experimental data finally allow the application and validation of a micro-mechanics based constitutive model to characterize and predict the mechanical behaviors of the synthetic clays.

L'évaluation de la durée de vie en fatigue est essentielle dans la conception de structures. Sous estimé les prévisions peut entraîner des inspections en service inutiles. En revanche, les prévisions surestimées peuvent avoir des conséquences graves sur l'intégrité des structures.Dans certains composants de centrale nucléaire, un chargement mécanique en fatigue équi-biaxiale est décelé. L’identification de l'impact potentiel de chargement multiaxial sur la durée de vie des composants est une préoccupation majeure. Peu de données expérimentales sont disponibles sur les aciers inoxydables austénitiques présents au niveau des circuits REP. Il est ainsi essentiel d'améliorer les méthodes d'évaluation de la fatigue afin de prendre en compte les dommages potentiels de la fatigue équi-biaxiale. Par conséquent cela nécessite l'obtention de données expérimentales sur le matériau considéré avec une sollicitation mécanique équi-biaxiale.Le but de cette étude est de présenter les résultats expérimentaux et numériques obtenus avec un dispositif "FABIME2" développé au CEA/LISN en collaboration avec EDF et AREVA. L’association des résultats expérimentaux obtenus avec une analyse numérique, réalisée sur le code de calcul Cast3m,a permis de mettre en évidence l’effet aggravant d’un chargement équi-biaxial sur l’amorçage de fissure mais qui reste couvert par la courbe de conception définie par l’industrie nucléaire. Côté propagation de fissure, une première approche simplificatrice a permis d’étudier la cinétique d propagation de fissure en fatigue équi-biaxiale. / Fatigue lifetime assessment is essential in the design of structures. Under-estimated predictions mayresult in unnecessary in service inspections. Conversely, over-estimated predictions may have seriousconsequences on the integrity of structures.In some nuclear power plant components, the fatigue loading may be equi-biaxial because of thermalfatigue. So the potential impact of multiaxial loading on the fatigue life of components is a majorconcern. Meanwhile, few experimental data are available on austenitic stainless steels. It is essentialto improve the fatigue assessment methodologies to take into account the potential equi-biaxialfatigue damage. Hence this requires obtaining experimental data on the considered material with astrain tensor in equi-biaxial tension.The aim of this study is to present the experimental and numerical results obtained with a device"FABIME2" developed in the LISN in collaboration with EDF and AREVA. The association of theexperimental results, obtained on the new experimental fatigue device FABIME2, with the numericalanalyses obtained by FEM simulation with Cast3M code, has enabled to define the aggravating effectof the equibiaxial fatigue loading. However, this effect is covered by the Design fatigue curve definedfrom the nuclear industry. For the crack propagation, a first simplified approach enables to study thekinetic behavior of crack propagation in equibiaxial fatigue.

Dans de proches années, les véhicules électriques (VEs) vont faire leur apparition massive sur les marchés. Cela peut avoir un impact important sur le fonctionnement des réseaux d’électricité actuels qui devront ajuster leur fonctionnement à la nouvelle demande massive d'électricité provenant des VEs. Par contre, les VEs peuvent aussi être vus comme une nouvelle opportunité dans le futur marché d’électricité. En effet, une décharge/recharge intelligente peut permettre aux VEs d’être un support de stockage d’électricité important, valable, et permanent dont la capacité croit en fonction du nombre des VEs. Ce projet a comme objectifs de : (1) proposer un schéma d’interaction V2G (Vehicle-to-Grid) intégrant des techniques permettant de : (a) adapter le fonctionnement de la grille aux contraintes temporelles et spatiales relatives au processus de recharge des VEs dans un milieu résidentiel. On cherchera à satisfaire de différentes demandes en puissance des VEs branchés au secteur sans trop stresser la grille intelligente, (b) optimiser les opérations de chargement/déchargement entre les VEs et la grille dans les deux sens. (2) Proposer de nouveaux schémas de communication sans fil, entre les VEs et la grille intelligente loin des bornes de recharge, qui soient basés sur les standards de communications véhiculaires (VANETs) ainsi que sur d’autres standards de communication à grande échelle. On introduira des techniques d’accès à la grille intelligente pour négocier le coût de recharge/décharge des batteries, le temps d’attente du service, les emplacements et aussi pour planifier la motivation du consommateur afin de favoriser la stabilité de la grille.

Lors du dimensionnement des turbomachines, les motoristes sont tenus par la réglementation de démontrer l'intégrité des pièces tournantes (disques et compresseurs) par un essai de survitesse : la pièce ne doit pas éclater sous l'effet du chargement mécanique et thermique avant la vitesse imposée par la réglementation. Cette exigence permet de garantir une marge de s'ecurité d'au moins 20 % entre la vitesse d'éclatement et les conditions normales de fonctionnement. L'évolution réglementaire permettra à terme d'utiliser des prévisions numériques préalablement validées par des essais. Les simulations, réalisées à l'aide de calculs élastoplastiques par éléments finis en grandes déformations, surestiment à l'heure actuelle la vitesse d'éclatement pour des pièces réalisées en Udimet 720, un superalliage à base de Nickel. Une prévision plus fiable de la vitesse d'éclatement nécessite une connaissance détaillée du comportement elasto-visco-plastique et du type de rupture du matériau. La prévision de la vitesse d'éclatement d'un disque en rotation est obtenue par analyse limite. Les paramètres du matériau influents sur cette vitesse limite sont dégagés dans cette étude. En conditions normales de fonctionnement, la température moyenne des disques est proche de 500°C. A cette température, l'effet Portevin Le Chatelier (PLC) apparait lors d'essais de traction sur des éprouvettes en Udimet 720. La simulation de cet effet nécessite l'utilisation d'un modèle de comportement tenant compte du vieillissement dynamique. Ce modèe entraine généralement une localisation de la vitesse de déformation sous forme de bandes. Une analyse de localisation a été effectuée dans le but d'utiliser ce modèle pour des disques en rotation. Il est démontré dans cette thèse deux résultats principaux au sujet de la simulation de l'éclatement des disques en Udimet 720 : (i) à la température ambiante, la vitesse d'éclatement est principalement influencée par le choix du critère de plasticité et par la contrainte limite à la rupture. (ii) à haute température (500°C), l'effet PLC change la réponse globale des disques sans pour autant modifier significativement leur vitesse d'éclatement. Cette thèse constitue le thème 3 du projet de recherche concerté entre Turboméca, l'Onéra, Snecma et le Centre des Matériaux - Mines Paris - ParisTech intitulé "Durée De Vie". Ce projet est supporté financièrement par la DGA et la DPAC.

La rupture des matériaux à comportement fragile est causée par la présence de défauts initiaux. Ces derniers conduisent à une rupture brutale dans le cas de composés monolithiques. Dans le cas de céramiques renforcées par des fibres, la rupture finale est le résultat d'un processus de fragmentation progressive des fibres. Des essais ont été effectués sur deux céramiques monolithiques et sur des bétons. Ils ont pour but d'étudier l'influence du type de sollicitation et de la distribution initiale de défauts sur la contrainte de rupture. Une première approche de prévision de la probabilité cumulée de rupture est présentée. Elle tient compte explicitement de la présence des défauts, modélisés par une valeur initiale d'une variable scalaire d'endommagement, dans le calcul du champ de contrainte. Une seconde approche, qui néglige les interactions entre défauts ainsi que leur influence sur le champ de contrainte macroscopique, est ensuite introduite. Elle permet un traitement analytique de l'expression de la probabilité cumulée de rupture en fonction de la distribution initiale de défauts. Une implémentation en tant que postprocesseur de code E.F. est ainsi possible. Elle peut également être étendue à des sollicitations cycliques. Enfin, toutes ces notions peuvent conduire in fine à l'élaboration d'une loi d'endommagement anisotrope de céramiques renforcées par des fibres. La condition de rupture fondée sur un critère de localisation conduit à une estimation de l'endommagement critique en fonction du module de Weibull.