Dans un contexte de stress hydrique, la micro-irrigation avec des eaux usées traitées constitue une solution visant à réduire les dépenses en eau. Cependant, le colmatage des goutteurs constitue une contrainte à l’utilisation de ces eaux bien chargées à cause des précipitations chimiques et du développement de biofilm. Les objectifs de cette étude sont de: a) Caractériser la précipitation des sels dissous en fonction des conditions opératoires, b) étudier le développement des biofilms sous différentes conditions hydrodynamiques, c) analyser l’interaction entre le carbonate de calcium et le développement du biofilm. En premier lieu une étude fut conduite sur l’impact de la température le pH et la pression partielle du CO2 sur la précipitation chimique. Cette étude a permis de quantifier l’augmentation de la masse du carbonate de calcium en fonction du pH et de la température. Les résultats expérimentaux ont permis de valider et de calibrer un modèle numérique (PHREEQC) qui permet de prédire la précipitation chimique pour une qualité d’eau donnée dans des conditions opératoire variées. Des expérimentations ont ensuite été réalisées à l’aide d’un banc d’essai d’irrigation pour étudier l’influence du carbonate de calcium sur la croissance des biofilms au niveau des conduites et des goutteurs. En parallèle un réacteur de Taylor-Couette fut utilisé pour étudier l’influence de la contrainte de cisaillement sur le développement des biofilms. Le biofilm a tendance à se développer selon la plus forte contrainte de cisaillement (4.4 Pa comparée à des contraintes de 2.2 et 0.7 Pa). Une précipitation du carbonate de calcium a été observée en interaction avec la croissance du biofilm. / In a context of water stress, micro-irrigation with treated wastewater is a solution to reduce water expenditure. However, the clogging of micro-irrigation systems constitutes a constraint on the use of these well-laden waters due to chemical precipitation and the development of biofilm. The objectives of this study are to: a) characterize precipitation of dissolved salts as a function of operating conditions, b) study the development of biofilms under different hydrodynamic conditions and c) analyze the interaction between calcium carbonate and the development of biofilm. First, a study was conducted on the impact of pH, temperature and partial pressure of CO2 on chemical precipitation. This study permits the quantification of the increase in the mass of the precipitate produced in the form of calcite (calcium carbonate) as a function of the increase in pH and temperature. The experimental results allowed validation and calibration of the modeling of the precipitation under PHREEQC’s software. This numerical model allows prediction and quantification of chemical precipitation for a given water quality under various operating conditions. Experiments were then carried out using an irrigation set-up to study the influence of calcium carbonate on the growth of biofilms inside pipes and drippers. In parallel, a Taylor-Couette reactor was used to study the influence of shear stress on the development of biofilms. Biofilm tends to develop under the highest shear stress (4.4 Pa compared to 2.2 and 0.7 Pa). Precipitation of the calcium carbonate in the form of calcite was observed in interaction with the growth of the biofilm.

Les travaux présentés dans cette thèse sont consacrés à l'enrichissement de la méthode de modélisation par éléments finis de type poutre multifibre. La méthode a fait ses preuves pour le calcul dynamique d'éléments de structures élancés, lorsque les contraintes normales prédominent. Toutefois, lorsque les contraintes de cisaillement sont prépondérantes, l'approximation de la cinématique utilisée par les éléments poutre n'est plus assez précise pour obtenir des résultats satisfaisants. L'objet de ces travaux de thèse est d'améliorer la méthode en créant un nouvel élément permettant de tenir compte du gauchissement des sections transversales dû au cisaillement. Ce développement est réalisé en deux étapes. Les éléments sont enrichis dans un premier temps par les déformations de gauchissement sous sollicitation de torsion. Le modèle de gauchissement est validé dans le domaine linéaire par confrontation aux résultats d'une modélisation numérique 3D. Après implémentation du gauchissement de torsion dans l'élément multifibre, des simulations numériques de poutres en torsion pure sont comparées à des résultats d'essais, permettant de valider le comportement des éléments poutre dans les domaines linéaire et non linéaire. Un modèle d'endommagement est utilisé pour le béton, et le gauchissement est mis à jour au fur et à mesure du calcul en tenant compte de l'évolution des propriétés matériau. L'étape suivante d'enrichissement est alors réalisée, avec l'élaboration d'un modèle de gauchissement complet sous toutes sollicitations de cisaillement, couplé au modèle d'endommagement. Une validation locale du profil de gauchissement élastique sous effort tranchant est effectuée par comparaison à la solution analytique, puis le profil de gauchissement sous sollicitations couplées de torsion et d'effort tranchant est validé par confrontation aux résultats d'une modélisation 3D. Outre la prise en compte du cisaillement par effort tranchant, la principale différence de cet enrichissement avec le modèle précédent est le calcul implicite du profil de gauchissement de la poutre au cours du calcul de structure. Les deux modèles développés sont comparés sur le comportement de poutres en torsion monotone, afin de quantifier l'impact de la méthode de calcul sur la précision des résultats et sur l'efficacité du calcul. Finalement, le modèle complet avec gauchissement est appliqué à la simulation sismique d'une structure. L'ensemble de ces cas-tests montre que l'enrichissement de la méthode par éléments finis multifibres est fonctionnel, avec des perspectives d'amélioration en ce qui concerne l'efficacité numérique notamment, et des perspectives intéressantes d'application. / The present work is dedicated to the numerical modeling of structures using multifiber beam elements. This numerical method was proved to be efficient to simulate the behavior of slender structural elements subject to normal stresses. However, the response of the model for shear-dominating stresses lacks of accuracy. This problem is addressed by introducing warping in the kinematics of multibfiber beam elements. A new multifiber element is developed in two steps. Torsional warping is first introduced in the deformations of an arbitrary-shaped composite cross section. The resulting warping profiles are validated by comparison with the axial displacements obtained by three-dimensional modeling of beams in torsion. After implementation of the warping kinematics in a Timoshenko multifiber beam element, the formulation is validated against the experimental behavior of beams subject to pure torsion. The material is modeled by a 3D damage law, and warping is updated throughout the computations to account for damage evolution. A comparison of torque–twist curves predicted with enhanced and classical beam elements to experimental curves highlights the importance of including warping in the model. The second step consists in formulating an element with additional warping degrees of freedom, accounting for the warping deformations due to both transverse shear and torsion. This element is validated using an analytical model for a beam subject to transverse shear. Then the linear elastic behavior of a beam subject to both shear and torsion is successfully compared to the results of a 3D simulation. The complete formulation is coupled to damage through an implicit soulution procedure for the beam and the warping degrees of freedom. The enhanced method is eventually used to compute the behavior of a full structure subject to a seismic loading.

L’objectif principal de ces travaux de thèse est de caractériser lecomportement et l’endommagement d’un matériau HLE durant le procédé depoinçonnage. Ils comportent dans un premier temps, une étude expérimentale quirepose sur des observations micrographiques et des essais macroscopiques àdifférents états de contrainte, afin d’identifier les mécanismes physiquesd’endommagement mis en jeu. Cette étude est complétée par une modélisationnumérique du modèle d’endommagement de Gurson modifié en cisaillement et sonimplémentation dans ABAQUS/Explicit. Une stratégie d’identification des paramètresmatériau basée sur une large gamme de configurations expérimentales a été mise enplace. Des essais de poinçonnage ont été réalisés en faisant varier le jeu poinçon-matrice, afin de tester la capacité prédictive du modèle de Gurson modifié par rapportau modèle de GTN classique et à un critère découplé basé sur l’initiation de rupture.L’influence du jeu poinçon-matrice sur la qualité de découpe et sur les niveaux desétats de contrainte et de déformation a été également mise en évidence. Lesprédictions de rupture obtenues par cette approche et pour le matériau étudié sont enbon accord avec les observations expérimentales. Il reste à valider le modèle pourdes configurations de couples matériau/procédé plus étendues et à réaliser sonenchainement avec les autres procédés de mise en forme. / The main objective of this thesis is to characterize the behavior anddamage of a HSLA materials during the punching process. They comprise in a firsttime, an experimental study based on micrographic observations and macroscopictests at different stress states to identify the physical mechanisms of damage set in.This study is complemented by a numerical simulation modeling of a Gurson damagemodel modified in shear case and its implementation in ABAQUS / Explicit. Anidentification strategy of material parameters based on a wide range of experimentalconfigurations has been realized. Punching tests were performed by varying thepunch-die clearance to test the predictive ability of the modified Gurson modelcompared to the standard GTN model and to decoupled criterion based on the ductilefracture initiation. The influence of the punch-die clearance blanking quality and instress and strain states levels was also highlighted. Predictions of fracture obtainedby this approach and for the material studied are in good agreement withexperimental observations. It remains to validate the model for larger couple’smaterial/process configurations and realize its concatenation with other formingprocesses.

Les ondes de choc de cisaillement dans les solides quasi-incompressibles sont un type d'onde peu exploré car accessible à la mesure seulement depuis une douzaine d'années. Elles se distinguent des ondes de choc de compression par leur non-linéarité cubique au lieu de quadratique. Les faibles vitesses des ondes de cisaillement, de l'ordre du mètre par seconde, permettent notamment d'atteindre des régimes assez fortement non linéaires sur de faibles distances, et de contrebalancer l'absorption relativement importante dans ces milieux. A notre connaissance, ces ondes ont été étudiées presque exclusivement en ondes planes. Or, la focalisation est un phénomène fondamental dans la physique des ondes et ses applications. C'est cette focalisation que l'on s'est attaché à étudier spécifiquement ici, tant du point de vue théorique et numérique, qu'expérimental. L'objectif était de mettre en évidence la focalisation des ondes de choc de cisaillement. Ce travail est en particulier motivé par son application potentielle en biomécanique. On a ici fait l'hypothèse que les ondes de choc de cisaillement pourraient jouer un rôle dans la formation de certaines lésions cérébrales suite à un traumatisme crânien, la géométrie du crâne induisant leur focalisation. Ces considérations nous ont conduits à dimensionner les phénomènes étudiés en conséquence, en termes de fréquence, d'amplitude et de géométrie. La focalisation a ainsi été montrée dans le cas d'un gel simulant un tissu biologique. Les comparaisons avec le modèle théorique et numérique se sont avérées favorables. Pour approfondir l'analyse de l'hypothèse, il resterait à prouver que ces ondes de choc peuvent induire des lésions. / Shear shock waves in quasi-incompressible soft solids have been observed experimentally only twelve years ago. They differ from compression shock waves because their nonlinearity is cubic instead of quadratic. Velocities of shear waves are small, of the order of the meter per second, and thus induce a strong nonlinear behavior over small distances. This allows to counter-balance the quite strong absorption in such media. To our knowledge, these shear shock waves have been studied only for plane waves. However, focusing is a fundamental phenomenon in the wave physics and its applications. This is why our objective is to investigate the focusing of shear waves theoretically, numerically, and experimentally. This work was in particular motivated by a potential application in biomechanics. We have hypothesized that shear shock waves could play a role in the formation of some traumatic brain injuries, the geometry of the skull producing the focusing effect. These hypotheses have governed our studies for the choice of the different parameters such as the frequency, the amplitude and the geometry. The focusing has been demonstrated in a biological tissue-mimicking gel. Comparisons with the theoretical and numerical model have shown a good agreement. Further studies should concern the possible formation of lesions by shear shock waves.

Les maladies chroniques du foie constituent un problème majeur de santé publique. L’évaluation précise du degré de fibrose hépatique apporte au clinicien une estimation du pronostic dès la prise en charge initiale de ces patients, mais permet également la réalisation d’une surveillance évolutive, et intervient dans la décision et le choix d’un traitement. L’évaluation noninvasive de la fibrose hépatique par élastographie a permis de révolutionner la prise en charge des malades atteints d’une maladie chronique du foie. L’objectif de notre travail est d’évaluer les performances diagnostiques d’une nouvelle technique d’élastographie hépatique, appelée « Supersonic ShearImaging » (SSI), et d’analyser sa plus-value dans l’évaluation non-invasive des maladies chroniques du foie.Dans une première étude, nous avons prospectivement analysé et comparé les performances diagnostiques de l’élastographie SSI par rapport au FibroScan et l’ARFI pour le staging de la fibrose hépatique sur une série de 349 patients avec une maladie chronique du foie diagnostiquée et gradée par ponction-biopsiehépatique.Dans une seconde étude, nous avons prospectivement étudié l’impact diagnostique de l’élastographie SSIsur le foie et la rate chez une population de 401 patients avec cirrhose pour l’évaluation de la gravité de la maladie cirrhotique.Dans une troisième étude, nous avons réalisé une analyse prospective bicentrique (Angers et Bordeaux)de la performance diagnostique de l’élastographie SSI par rapport au FibroScan et l’ARFI dans l’évaluation non invasive de la fibrose hépatique sur une série de 291 patients avec stéatopathie non-alcoolique et ponction-biopsiehépatique. / Abstract :The management and the prognosis for chronic liver diseases are widely based on the presence and the development of a liver fibrosis. The progressive worsening of liver fibrosis leads in a certain number of patients to the development of cirrhosis and its complications. Thus, the development of non-invasive diagnostic tools for the diagnosis and the monitoring of the liver fibrosis is of crucial interest. Liver elastography is one of the most promising techniques that have recently emerged in the field of chronic liver diseases. In this study, we aim to assess the diagnostic accuracy of a new elastography technique, named “Supersonic Shear Imaging” (SSI), and toanalyse its added value in the non invasive diagnosis of chronic liver diseases.In a first study, we prospectively analysed and compared the diagnostic performances of SSI elastography versus FibroScan and ARFI for the staging of liver fibrosis in a cohort of 349 patients with chronic liver diseases that consecutively underwent a liver biopsy. In a second study, we prospectively analysed the impact of liver and spleen SSI elastography in a cohortof 401 cirrhotic patients for the non invasive diagnosis of cirrhosis severity and oesophageal varices.In a third study, we assessed the clinical use of liver stiffness measurement evaluated by SSI, FibroScan,and ARFI in a cohort of nonalcoholic fatty liver disease patients who underwent liver biopsy. A total of 291 NAFLD patients were prospectively enrolled at 2 French university hospitals (Angers and Bordeaux).

Cette thèse présente un certain nombre de résultats récents à propos de l'évolution des galaxies et la cosmologie, à partir de l'observation d'amas de galaxies en lumière visible. Nous introduisons d'abord les principales propriétés des amas de galaxies (Chapitre 1.1) et la façon dont ces objets permettent de contraindre le modèle cosmologique standard (Chapitre 1.2). Une grande partie des résultats présentés ici ont été obtenus à partir de l'étude du relevé d'amas DAFT/FADA, qui regroupe des amas dans la gamme de décalages spectraux 0.4<z<0.9 (Chapitre 1.3). Cette thèse est séparée en deux parties, chacune traitant d'une observable particulière : la luminosité des galaxies, puis la forme des galaxies. La fonction de luminosité des galaxies, c'est-à-dire la distribution de leur luminosité, permet d'étudier l'évolution des galaxies dans les amas (Chapitre 2.1). Nous avons calculé les fonctions de luminosité pour un sous-échantillon de 25 amas DAFT/FADA, et avons montré que les galaxies faibles bleues, à fort taux de formation stellaire, évoluent en des galaxies rouges passives des hauts décalages spectraux à aujourd'hui. En comparant les fonctions de luminosité des amas à celles du champ, on observe que cette transformation est plus efficace dans les environnements denses. Nous avons également étudié la fraction de baryons dans les groupes et amas de galaxies (Chapitre 2.2). Nous avons remarqué que dans les groupes la fraction massique d'étoiles peut atteindre des valeurs du même ordre de grandeur que celles de la fraction de gaz intra-amas, alors que dans les amas, la fraction stellaire est généralement négligeable devant celle du gaz. En prenant en compte à la fois les étoiles et le gaz, nous avons posé des contraintes sur le paramètre de densité de matière Omega_M. Les galaxies apparaissent déformées par la présence d'objets d'avant-plan qui courbent les trajectoires lumineuses à leur voisinage. Ce signal de lentille gravitationnelle peut être exploité afin de mesurer la distribution de masse des amas d'avant-plan. Les bases du phénomène de lentille gravitationnelle faible et de la mesure du cisaillement sont introduites au Chapitre . Ces techniques sont ensuite appliquées à un sous-échantillon de 16 amas DAFT/FADA présentant des images Subaru/SuprimeCam ou CFHT/MegaCam (Chapitre 3.1). Nous avons estimé la masse de ces amas, et profité de la large dimension angulaire de ces images pour détecter des filaments et des structures autour de ces amas. Cette étude valide observationnellement le scénario de croissance hiérarchique des amas. Finalement, nous avons détecté les pics de cisaillement dans des simulations de type Euclid, et avons utilisé leur statistique en tant que sonde cosmologique, de façon similaire aux comptages d'amas (Chapitre 3.2). Nous avons calculé les contraintes cosmologiques que cette technique pourra apporter avec les données de la mission spatiale Euclid, et avons développé une approche tomographique qui ajoute l'information des décalages spectraux. Une discussion sur les développements envisagés dans les différents domaines traités conclut cette thèse. / This thesis presents some recent results concerning galaxy evolution and cosmology,based on the observation of galaxy clusters at optical wavelengths. We first introduce the main properties of galaxy clusters (Sect. 1.1) and how they can be used for cosmology within the standard cosmological model (Sect. 1.2). A large fraction of the presented results comes from the study of the DAFT/FADA galaxy cluster survey at redshifts 0.4 < z < 0.9 (Sect. 1.3). We divide our study in two parts according to the observable that is considered: galaxy luminosity or galaxy shape. The distribution of galaxy luminosities is called the galaxy luminosity function (GLF), which can be used to probe the evolution of cluster galaxies (Sect. 2.1). Computing the GLFs for a sub sample of 25 DAFT/FADA clusters, we find that faint blue star forming galaxies are quenched into red quiescent galaxies from high redshift until today. Comparing to the field shows that this transformation is more efficient in high density environments.We also study the fraction of baryons in galaxy groups and clusters (Sect. 2.2). Wefind that in groups, the stars contained in galaxies can reach masses of the same order as those of the intra-cluster gas, while in clusters they are usually negligible relatively to the gas. Taking both stars and gas into account we constrain the matter density parameter Galaxy shapes are distorted by foreground objects that bend light in their vicinity. This lensing signal can be exploited to measure the mass distribution of a foreground cluster. We review the basic theory of weak lensing and shear measurement (Sect. 3.1), and then apply it to a subsample of 16 DAFT/FADA clusters, with Subaru/SuprimeCam or CFHT/MegaCam imaging (Sect. 3.2). We estimate the masses of these clusters, and take advantage of the large fields of view of our images to detect filaments and structures in the cluster vicinity, observationally supporting the hierarchical scenario of cluster growth. Finally, we detect shear peaks in Euclid-like simulations, and use their statistics as a cosmological probe, similarly to cluster counts (Sect. 3.3). We forecast the cosmological constraints that this technique will achieve when applied to the Euclid space mission, and develop a tomographic analysis that adds information from redshifts. We conclude with a discussion of our perspectives on future studies in all the fieldsinvestigated in the present thesis.

La compréhension de la dynamique de la turbulence de paroi a déjà fait l'objet de nombreuses études expérimentales et numériques depuis des décennies. Le principal intérêt pratique de ces études tient au fait que la contrainte de cisaillement pariétale (et donc le frottement) est étroitement liée à la dynamique des structures à la proximité de la paroi. Les techniques expérimentales en mécanique des fluides ont également fait de grands progrès ces dernières années. Ce travail présente le développement d'une méthode expérimentale visant à fournir des mesures 3D-3C de l´écoulement dans la région de très proche paroi, en vue de mesurer la contrainte de cisaillement à la paroi avec une précision améliorée. Dans ce but, une technique originale de Vélocimétrie Holographique par Images de Particules a été mise au point. Les mesures sont effectuées dans un petit volume à proximité de la paroi dans la soufflerie au Laboratoire de Mécanique de Lille. Des mesures détaillées dans un de l’ordre de 1.5mm3 sont rendues possibles grâce l'utilisation d'un objectif de microscope pour l'agrandissement du champ objet. Les particules sont éclairées par le côté, la lumière diffusée a 90o se recombine avec l'onde de référence pour un enregistrement holographique en ligne de type Gabor. Une procédure d'étalonnage a été développée afin de relier l'espace de reconstruction de l’image holographique aux coordonnées dans le volume de mesure. L'analyse des résultats montre que les images de particules sont reconstruites avec une très bonne résolution axiale, ce qui conduit à penser que la configuration est bien adapté à cette type de mesure. Ces résultats montrent également qu’une optimisation et des ajustements sont nécessaires pour d'améliorer les résultats de suivi de particules / Continuously improving the understanding of wall turbulence dynamics has been the goal of many experimental and numerical studies for decades. The main practical aspect that makes this knowledge so crucial is the fact that the wall shear stress is closely related to the dynamics of the near-wall structures. Experimental techniques in fluid mechanics have also experienced a great amount of advances in recent years. The present work details the development of an experimental configuration aimed at providing 3D-3C flow measurements in the very near-wall region of a large wind tunnel facility, leading to the assessment of the wall shear stress with improved accuracy. With that goal, a technique known as Holographic Particle Image Velocimetry is used, and measurements are made in small volumes close to the wall in the wind tunnel at Laboratoire de Mécanique de Lille. Full measurements in volumes as small as 1.5mm3 are made possible with the use of a microscope objective for magnification of the object field. Particles are illuminated from the side and the 90o scattered field recombines with reference wave for holographic inline recording. A calibration procedure is performed in order to relate reconstruction space coordinates to real measurement volume coordinates. Analysis of resulting particle fields shows that particle images reconstruct with very good axial accuracy, leading to believe that the configuration is indeed suited for this type of measurement. However, some optimization and adjustments are needed in order to improve the particle tracking results

Dans le cadre de l’utilisation de plus en plus courante des BFUP dans des structures techniquement ou architecturalement complexes et de la recherche d’optimisation de la quantité de matériau mis en œuvre, cette thèse s’intéresse au fonctionnement des jonctions en BFUP. Son objectif principal est de mettre en évidence les phénomènes physiques qui interviennent dans la jonction et de mieux les retranscrire dans les méthodes de calcul afin de mieux en maîtriser la sécurité et d’optimiser la matière mise en oeuvre.Le travail de thèse s’articule en quatre étapes :- Une étude bibliographique a permis d’établir les bases de connaissances permettant de dimensionner les campagnes expérimentales et de proposer une structure de modélisation des jonctions âme-membrure.- Le développement d’un modèle analytique avancé permettant de prédire le comportement d’une poutre en Té soumise à une sollicitation combinée de flexion longitudinale (et donc de cisaillement longitudinal dans la table) et de flexion transversale.- L’étude expérimentale, à l’échelle du matériau, du comportement des BFUP sous sollicitation de cisaillement pur. Cette étude permet d’enrichir les connaissances sur le comportement des BFUP (données encore indisponibles dans la carte d’identité des différents matériaux) et constitue également une donnée d’entrée pour la compréhension quantitative des phénomènes qui interviennent dans la jonction, à l’échelle de la structure, lorsqu’elle est sollicitée en cisaillement longitudinal.- Enfin, l’essai à rupture de 6 poutres en Té à l’échelle 1 a permis d’étudier le comportement expérimental des jonctions soumises à des sollicitations de cisaillement longitudinal. Les résultats expérimentaux de cette étude ont été comparés aux différentes prédictions analytiques possibles, y compris le modèle proposé.Ces travaux de thèse ont permis d’apporter de nouveaux outils de dimensionnement (notamment dans le cadre de l’étude de la résistance des jonctions en BFUP sous sollicitation de cisaillement pur). Ils mériteraient d’être complétés par des essais de poutres soumis à une sollicitation concomitante de flexion longitudinale et de flexion transversale, pour mieux conforter les méhodes d’analyse proposées / Ultra-high performance fiber-reinforced concrete (UHPFRC) are increasingly used for technically or architecturally complex structures and research is going on to optimize design and save implemented material quantities. In this context, this thesis focuses on the mechanical behavior of junctions in UHPFRC structures. The main goal is to highlight physical phenomena occurring in the junctions in order to optimally transpose them into calculation methods. In this way, both safety and cost-efficience should be better controlled.This thesis is divided in four steps :- A literature review enabled to establish the background knowledge allowing to design the experimental campaigns and to suggest a modeling for web-flange junctions.- An advanced analytical model was developed in order to predict the behavior of a T-beam subjected to combined longitudinal bending (and therefore longitudinal shear in the table) and transverse bending.- The expérimental study, at the material scale, of UHPFRC behavior under pure shear stress, allowed enriching the knowledge in this field (data still unavailable in the identity card of current UHPFRC mixes). It also constituted an input for the quantitative understanding of the phenomena occuring in the junction, at the structure scale, when it is loaded in longitudinal shear.- Finally, the test of 6 full scale T-beams up to failure made it possible to study the experimental behavior of the junctions subjected to longitudinal shear stresses. The experimental results were compared with the various analytical predictions, including the proposed model.A new approch has thus been proposed to design junctions under longitudinal shear. It should be completed with experiments on T-beams under combined longitudinal and transverse bending to further validate the proposed analysis methods

Les alliages amorphes, ou verres métalliques, sont des matériaux relativement récents, datant au plus d’une cinquantaine d’années. Ils possèdent des propriétés mécaniques exceptionnelles (résistance, dureté, ténacité, énergie élastique stockée, …) sans commune mesure avec celles de la plupart des alliages métalliques cristallins. Leur fragilité apparente en chargement uniaxial constitue toutefois un frein majeur à leur application à grande échelle et donc à leur industrialisation. Par ailleurs, les études sur le comportement à la fissuration et à la rupture des verres métalliques massifs rapportées dans la littérature sont à la fois peu nombreuses et très diverses dans leurs résultats. Face à ces problématiques, ces travaux de thèse sur les verres métalliques à base de zirconium ont deux objectifs principaux. Le premier consiste à étudier leurs mécanismes de déformation plastique par des essais hétérogènes. L’essai brésilien (ou de compression diamétrale) se révèle, dans ce contexte, efficace pour atteindre des niveaux élevés de déformation plastique à l’échelle macroscopique. Celui-ci permet également d’étudier à plus petite échelle la formation et la propagation des bandes de cisaillement et de quantifier les champs de déformation au cours du chargement par corrélation d’image. Les résultats montrent une bonne reproductibilité à ces deux échelles et offrent une meilleure estimation des déformations intenses se produisant dans les bandes de cisaillement. De plus, une identification basée sur cet essai couplé avec un autre essai hétérogène (nano-indentation) dans le but de discriminer des paramètres élastoplastiques montre qu’une loi de comportement de type von Mises n’est pas pertinente pour ce matériau. Le deuxième objectif de ces travaux vise à caractériser l’influence des défauts cristallins, liés à leur procédé d’élaboration et présents dans la matrice amorphe de nos verres métalliques, sur l'initiation et la propagation des fissures mais aussi sur leur rupture par des essais de flexion. La mesure de la ténacité et l’analyse fractographique des éprouvettes montrent que ces défauts facilitent la pré-fissuration, mais entrainent aussi une fragilisation de nos matériaux. Cette dernière propriété, i.e. la résistance à la fissuration ou ténacité, s’avère alors un bon moyen pour discriminer les différentes qualités de synthèse de ces alliages amorphes. / Amorphous alloys or metallic glasses are relatively new materials, dating back to over fifty years. They exhibit exceptional mechanical properties (strength, hardness, toughness, stored elastic energy …), compared to those of most crystalline metallic alloys. Their apparent brittleness in uniaxial loading, however, is a major obstacle to their wide application and thus their industrialization. Studies on the cracking and fracture of these materials have so far been sparse and relatively contradictory in their results. The objectives of this PhD thesis work on zirconium base metallic glasses are therefore twofold. The first objective is to study their plastic deformation mechanisms by means of heterogeneous tests, namely instrumented indentation and diametral compression. The Brazilian test (or diametrical compression test) is shown, in this context, to be effective in achieving high levels of plastic deformation at the macroscopic scale. This test also allows to study, at a smaller scale, the formation and the propagation of shear bands and to quantify the strain fields during loading by digital image correlation techniques. The results show good reproducibility at these two scales and provide a better estimation of intense deformations occurring in the shear bands. In addition, a reverse analysis based on this test coupled with another heterogeneous test (nanoindentation) is carried out to identify elastoplastic parameters. This procedure shows that a von Mises yield criterion is not relevant for this material and that a Drucker-Prager model is capable of predicting the response. The second objective of this work is to characterize the influence of crystalline defects, linked to different casting processes, present in the amorphous matrix of our metallic glasses, on the initiation and propagation of cracks and on their fracture toughness. The measured fracture toughness and the fractographic analyses of the specimens show that these defects facilitate the pre-cracking, but result in an embrittlement. This latter property, i.e. the resistance to crack propagation or fracture toughness, then proves a good way to distinguish the different synthesis qualities of these amorphous alloys.

Le béton de chanvre est aujourd'hui le matériau de construction agro-ressource le plus développé en Europe. Il se compose de chanvre et de liant minéral (chaux) mélangé à l'eau. Généralement, il est utilisé pour ses propriétés d'isolation thermique dans le bâtiment. La plupart des blocs de béton de chanvre qui ont été étudiés, présentent un comportement fragile et une très faible résistance mécanique. Les formulations sont généralement riches en liant et légèrement compactées. Jusqu'à présent, le béton de chanvre n'est pas considéré comme un matériau porteur. Il est principalement utilisé comme remplissage isolant, combiné avec des composants de structure en bois, béton ou maçonnerie. Une étude a testé d'autres formulations, avec des teneurs plus élevées en granulats grâce à un procédé de compactage, afin d'améliorer à la fois la rigidité et la résistance des mélanges durcis. Dans ces formulations, l’ajout des granulats de chanvre, plus légers et plus poreux que la chaux, abaisse de manière significative la conductivité thermique. Le présent travail est une étude expérimentale du comportement à la compression et au cisaillement du béton de chanvre, afin d’utiliser ce matériau bio-sourcé dans le contreventement des bâtiments à ossature bois, tout en maintenant de bonnes qualités d'isolation thermique dans le bâtiment. Deux formulations compactées, M1 et M4 ont été expérimentées, ainsi que des éprouvettes obtenues à partir de blocs de commerce Chanvribloc®. Deux séries d’essais ont été réalisées. La première est portée sur la compression uni-axiale dans chaque direction pour caractériser l'anisotropie mécanique du matériau. Cette anisotropie a été engendrée par le procédé de compactage. La deuxième série d’essais permet de caractériser le comportement de cisaillement des formulations étudiées. Dans cette étude, un dispositif spécial d’essai de cisaillement a été développé. Il permet de caractériser au cisaillement des éprouvettes sous différentes contraintes normales appliquées. Les champs de déformations des éprouvettes cisaillées ont été suivis par stéréo- corrélation d’images durant les essais. Les résultats expérimentaux de compression ont montré que ce matériau est anisotrope, même lorsqu'il est industriellement mis en place par vibrations. Le matériau a plus spécifiquement un comportement isotrope transverse. Le comportement dans le sens longitudinal est caractérisé par une ductilité très élevée, tandis que le comportement transversal est très fragile, avec un comportement très variable et instable. Les résultats expérimentaux en cisaillement montrent une ductilité élevée de ce matériau. Ce comportement est intéressant pour le contreventement et le comportement sous action sismique des bâtiments avec des murs constitués de béton de chanvre. Des modélisations et applications numériques à l’échelle structurelle d’un bâtiment à plusieurs étages ont été réalisées, pour illustrer l’utilisation des blocs de béton de chanvre en contreventement de bâtiments à ossature bois. Les formulations les plus compactées présentent un meilleur comportement sous actions sismiques modérées et moyennes, par rapport aux formulations les moins compactées à la mise en œuvre, tandis que les murs en Chanvribloc à l’état actuel, ne permettent pas de contreventer les bâtiments en zones sismiques modérés ou moyennes. / Lime and hemp concrete (LHC) is nowadays the most developed bio-based aggregate building material in Europe. It consists of hemp shiv and mineral binder mixing with water. Generally, bio-based materials like LHC are used for their thermal insulation properties in building. Most blocks of Lime Hemp Concrete which have been studied, show a brittle behavior and a very low mechanical strength. The formulations are generally rich in binder and slightly compacted. Up to now, this material is then not considered as a load bearing material and is mainly used as filler insulation, combined with structure components made of wood, concrete or masonry. A study has tested other formulations, with higher contents of aggregates thanks to a compaction process, in order to improve both the rigidity and the strength of the hardened mixtures. In these formulations, shiv which has higher amount is definitely lighter and more porous than lime, which prevents a significant increase in thermal conductivity. The present work of my PhD is an experimental study of the compressive and shearing behavior of hemp concrete, in order to study the load-bearing capacity and bracing of this bio based material, while maintaining good qualities of thermal insulation in building. Two compacted formulations were tested M1 & M4, as well as samples obtained from trade-blocks Chanvribloc®. Two series of tests were performed. The first one is a uniaxial compression test in each direction for characterizing the mechanical anisotropy of the material. This anisotropy is induced by the compacting process. The second one permits to characterize the shearing behavior of the different mix-designs. In this study, an original shear device was developed, specifically designed for this kind of material, which allows shearing under controlled normal stress. An image processing performed was carried out, using a camera and ARAMIS image processing software during shear tests, to evaluate the fields of deformations and to study the behavior of the specimen during the shear test. The compressive experiments results have shown that this material is anisotropic, even when it is industrially molded by vibrations. The material has a transverse isotropic behavior. The behavior in the longitudinal direction is characterized by very high ductility, while the transverse behavior is very brittle, with a highly variable and unsteady behavior. The experimental results in shear show a high ductility of this material. These results are very promising, an interesting behavior of LHC walls in term of potential bracing. Numerical modeling and applications have been carried out to illustrate the use of hemp concrete blocks for bracing buildings. The formulation M4 exhibits a better behavior under moderate and average seismic actions, compared to the formulation M1, while the Chanvribloc walls in the present state do not allowthe buildings to be braced in moderate or medium seismic zones.