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.

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.

Au cours des 50 dernières années, l’étude du phénomène de liquéfaction de sols sableux saturés ont fait l'objet de nombreuses recherches en laboratoire. La plupart de ces recherches antérieures se sont concentrées sur la liquéfaction de sables propres, en supposant que la présence de fines limite le développement de la surpression interstitielle et donc le risque de liquéfaction. Cependant, les sables sableux naturels se trouvent généralement dans la nature sous la forme d'un mélange de sable et de fines et, l’influence de ces fines sur le risque de liquéfaction de ce type de matériau n'est toujours pas claire. En effet, on trouve des résultats contradictoires, dans la littérature, sur l'effet des particules fines sur le phénomène de liquéfaction des sables. Dans ce contexte, l’objectif principal de ce travail expérimental est de clarifier et de quantifier l’influence des particules fines présentes au sein d’une matrice sableuse sur l’initiation et le développement du phénomène de liquéfaction. On s’est intéressé, en particulier, à la nature des particules fines (plastique/non-plastique), à leur proportion au sein de la matrice, à l’état de compacité de la matrice et à l’état de contrainte initial (état de consolidation). A cet effet, à l'aide d'un nouveau dispositif triaxial servo-hydraulique, une série d'essais monotones et cycliques ont été effectués afin de clarifier cet effet. Les résultats expérimentaux montrent que l'augmentation de la proportion de fines non plastiques augmente la résistance à la liquéfaction du mélange sous chargements monotone et cyclique. Par contre, cette tendance est inversée pour les mélanges qui contiennent des fines plastiques. Enfin, une comparaison a été établie entre le comportement de ces sols sous cisaillement monotone et cyclique non drainé en termes d'évaluation du déclenchement du phénomène d'instabilité et d'autres paramètres mécaniques / Since the last 50 years, the study of the phenomenon of liquefaction of saturated sandy soils has been a topic of extensive laboratory research. Most of the earlier research has focused on the liquefaction of clean sands assuming that the presence of fines resists the development of pore water pressure as well as the risk of liquefaction. However, natural sand is found in nature under the form of a mixture of sand and fines and, the influence of these fines on the liquefaction risk of this type of material is still unclear. In fact, we could find contradictory results in the literature review of the effect of fine particles on the sand liquefaction phenomenon. In this context, the main objective of this study is to clarify and quantify the influence of fine particles (plastic and non-plastic) present in a sandy matrix on the initiation and development of the liquefaction phenomenon .We’ve focused, in particular, on the nature of fine particles (plastic/non-plastic), their proportion in the matrix, the matrix compactness condition and initial stress state (state consolidation). For this purpose, with the aid of a new triaxial servo-hydraulic device, a series of monotonic and cyclic tests were done in order to clarify this effect. Experimental results show that the increase in non-plastic fines increases the resistance to liquefaction of the mixture under both monotonic and cyclic loading. However, this trend is reversed for the mixtures containing plastic fines. Finally a comparison has been established between the behavior of these soils under undrained monotonic and cyclic shearing in terms of evaluation of the initiation of instability phenomenon and other mechanical parameters

A partir dune approche du type modélisation physique, on sintéresse à la quantification des interactions, appelées couramment « effets de groupe », qui peuvent se développer entre les micropieux rapprochés sous sollicitations monotones et cycliques verticales.<br />Dans le cas monotone, leffet de groupe est étudié à partir du comportement dune inclusion générique au sein dun groupe en interaction avec des inclusions adjacentes. Les résultats montrent un effet de groupe positif sur le frottement latéral et négatif sur la résistance en pointe. Dans le cas des chargements cycliques, deux cas sont considérés à savoir les chargements à force contrôlée destinés à établir des diagrammes de stabilité cyclique et les chargements à déplacement contrôlé pour les mécanismes de dégradation. Pour les premiers, laugmentation du nombre dinclusions montre un effet positif et pour les seconds, les résultats montrent un effet de groupe positif sur le frottement latéral et négatif sur la pointe.

Les chargements thermomécaniques caractéristiques des moteurs de fusée sont souvent complexes et induisent, en particulier, des fluctuations rapides et importantes de la température. Dans ce contexte, la qualification du comportement des matériaux métalliques requiert la mise en oeuvre d'une approche cohérente avec les différentes réponses observées expérimentalement sur une large gamme de température. Celle ci est appliquée, dans notre étude, à la modélisation du comportement élasto viscoplastique et de l'endommagement de deux alliages utilisés dans l'industrie aérospatiale : l'Inconel 600 et le Narloy Z. Les spécificités relatives aux différentes étapes de caractérisation expérimentale, modélisation et identification des modèles sont explicitées, de façon à dégager les éléments de généralisation de la démarche. Ceci permet d'envisager l'application des différents résultats obtenus à des problématiques concrètes telles que la prédiction de la durée de vie de nouveaux composants.