Cette étude porte sur l’analyse de l’influence de l’eau sur des composites chanvre/époxy. Deux résines ont été utilisées, l’une 100 % pétrochimique (Epolam) et l’autre partiellement bio-sourcée (Greenpoxy). L’absorption d’eau d’éprouvettes de composites tissés a d’abord été suivie par des mesures gravimétriques. Les résultats ont mis en évidence une cinétique d’absorption de type Langmuir dépendant de plusieurs paramètres (types de résine, de fibres et de tissu, fraction volumique de fibres et épaisseur). Des essais de DMA et DSC sur les résines ont montré un effet plastifiant de l’eau ainsi qu’une modification irréversible de leurs propriétés après le vieillissement hydrique. Des observations microscopiques réalisées sur le composite et à l’échelle du fil ont permis de détecter que des fissures entre les fibres de chanvre et la matrice époxy apparaissent et se développent dès le début de la désorption. De surcroît, des observations en photoélasticimétrie ont montré une réorganisation des contraintes internes irréversible due à ces endommagements. Des essais de traction quasi-statiques ont ensuite été réalisés sur des composites tissés et sur les résines seules. Le vieillissement hydrique modifie les grandeurs mécaniques ainsi que l’évolution des endommagements, suivie par émission acoustique et tomographie X.Pour mieux appréhender le comportement de l’interface fil/matrice, différents tests ont été développés sur des éprouvettes monofilamentaires spécifiques dans lesquelles le fil est orienté à 45° ou 90° par rapport à l’axe de sollicitation. Tout d’abord, des tests de nanoindentation ont été effectués de manière à mesurer in situ les propriétés de chaque constituant des composites avant et après vieillissement hydrique. Un second type de test basé sur le principe du choc laser a été utilisé pour déterminer la qualité de l’adhérence entre le fil et la résine. Enfin, des essais de traction sur micromachine sous microscope optique ont été mis au point dans le but de mesurer les champs de déformations par corrélation d’images. Les résultats ont démontré que les déformations locales sont plus importantes après un vieillissement hydrique et que ce phénomène est plus accentué dans le chanvre/Greenpoxy que dans le chanvre/Epolam. Le développement d’un modèle numérique simplifié a permis d’approcher la loi de comportement locale des différents constituants du composite et d’étudier l’évolution des modules après vieillissement. / This study deals with the analysis of the influence of water on hemp/epoxy composites. Two resins have been used, one being 100 % petrochemical (Epolam) and the other one partially bio-based (Greenpoxy). The water absorption of the woven composites have been measured with gravimetric analyses. The results showed a Langmuir-type absorption, and depends on several parameters (type of resin, fibres and fabric, fibre ratio and thickness). DMA and DSC tests realised on resins showed the plasticizing effect of water and an irreversible modification of their properties after the water ageing. Microscopic observations of the composite at the yarn scale helped to detect that cracks between hemp fibres and epoxy matrix appear and develop right from the start of the desorption. Moreover, observations by photoelasticimetry showed an irreversible reorganisation of internal stresses due to this damage. Next, quasi-static tensile tests have been performed on woven composites and resins. The water ageing has modified the mechanical properties of the materials as well as the evolution of damage, which has been studied by acoustic emission and X-ray tomography.For a better understanding of the yarn/matrix interface behaviour, different tests have been developed with specific single yarn composites, in which the yarn is oriented at 45° or 90° in regard to the main axis of the specimen. First, nanoindentation tests have been performed, to measure the properties in situ of each component of the composites before and after water ageing. A second type of tests, based on the laser shock wave method, has been used to determine the quality of adhesion between the yarn and the resin. Finally, tensile tests on a micromachine under an optical microscope have been developed with the aim of measuring strain fields by digital image correlation. The results demonstrated that local strains are higher after a water ageing and that this phenomenon is more pronounced in the hemp/Greenpoxy than in the hemp/Epolam. The development of a finite element model led to estimate the local constitutive law of the different components of the composites and to study the evolution of the modulus after the ageing.

Les composites à matrice organiques (CMO) et fibre de carbone sont de plus en plus employés dans la réalisation de structures « tièdes » (aubes de fan, nacelles …) ; ces pièces peuvent être soumises, en service, à la fatigue mécanique, au cyclage thermique et à la fatigue thermo-mécanique. Bien qu’il existe une littérature consistante sur le comportement en fatigue des composites tissés, l'interaction entre fatigue et la dégradation liée à l'environnement à haute température n’a pas été encore bien exploitée. Le couplage entre les effets de la thermo-oxydation, le comportement mécanique (viscoélastique, viscoplastique) de la matrice organique à températures élevées et la dégradation par fatigue peut être néfaste pour le composite.Le but de ce travail est de caractériser et de modéliser - pour les composites tissés C/matrice organique - le comportement thermomécanique, l'apparition et le développement de l’endommagement liés aux mécanismes mécaniques cycliques (fatigue) sous environnement contrôlé (température et gaz).Une étude préliminaire sur un composite stratifiée [02/902]s a été menée pour pouvoir analyser les effets de l’environnement sur une architecture simple. La corrélation d’image numérique (CIN) et des scans μ-tomographiques (μCT) ont été employés pour le suivi et la caractérisation de l’endommagement de fatigue de composites tissés 2D à architecture complexe pour applications aéronautiques. Les effets de l’environnement sur la dégradation par fatigue ont été également explorés.L'objectif à long terme de cette étude est de fournir des outils expérimentaux et numériques pour renforcer la compréhension et la modélisation du couplage mécanique/endommagement/environnement pour la prédiction de la durée de vie et pour la proposition de protocoles d’essais accélérés réalistes de pièces « tièdes » en CMO. / In the next future, the employment of organic matrix/carbon fibre composites (OMC) is foreseen for the realization of “hot” structures: these parts may be subjected, in service, to mechanical fatigue (e.g. fan blades turbo-engines), thermal cycling and thermo-mechanical fatigue (e.g. aircraft structural parts). Though there is a consistent literature concerning the fatigue behaviour of woven composites, the interaction between fatigue and environmental degradation at high temperature has been poorly explored. Coupling between thermo-oxidation effects, mechanical (viscoelastic, viscoplastic) behaviour of the polymer matrix at high temperatures and degradation due to fatigue may be highly detrimental for the material. This work aims at characterizing and modelling - for carbon fibre/organic matrix (polyimide) textile composites – the thermomechanical behaviour, the onset and the development of damage related to cyclic mechanical mechanisms (fatigue) under controlled (temperature and gas) environment.A preliminary study on a cross-ply laminate [02/902]s has been carried out in order to analyse the environmental effect on a model sample. Digital Image Correlation (DIC) and μ-Computed Tomography (μCT) have been used to monitor and characterize the fatigue damage of 2D woven composites for aeronautical applications. The environmental effect on fatigue degradation have been also explored.The long-term aim of the study is to provide experimental and numerical tools to strengthen the understanding and the modelling of mechanics/damage/environment coupling for durability prediction.

Nous proposons dans cette thèse une modélisation du processus de corrélation d'alertes avec une nouvelle logique de préférences, appelée IFO-QCL (pour Instanciated First Order Qualitative Choice Logic). Le processus de corrélation d'alertes modélisé prend en entrée un ensemble d'alertes, générées par les systèmes de détection d'intrusions (IDS), ainsi que les connaissances et les préférences d'un opérateur de sécurité sous forme de bases de connaissances/préférences, codées en logique IFO-QCL. En sortie, un sous-ensemble d'alertes jugées les plus pertinentes sont transmises à l'opérateur de sécurité.Dans la pratique, les alertes fournies par les IDS ne renseignent pas tous les attributs exprimés par l'opérateur de sécurité dans ses bases de connaissances/préférences. Afin de pouvoir classer ce type d'alertes et leur attribuer un degré de satisfaction, nous avons proposé deux méthodes duales pour traiter le manque d'information. La première consiste en la complétion des alertes dites partielles et la deuxième méthode consiste à modifier les formules des bases de connaissances/préférences, afin de se focaliser uniquement sur les attributs présents dans les alertes.Nous avons proposé un algorithme polynomial qui permet d'attribuer un degré de satisfaction, basé sur la logique IFO-QCL, aux alertes et de retourner un sous-ensemble d'alertes préférées.Des études expérimentales ont été effectuées sur une base d'alertes réelles qui montrent l'efficacité de notre modèle de corrélation d'alertes. / In this thesis, we propose a model for alert correlation process using a new preference logic, called IFO-QCL (for Instanciated First Order Qualitative Choice Logic). The proposed alert correlation process has as inputs a set of alerts, generated by intrusion detectin systems (IDS), and a set of knowledge and preferences of a security operator, encoded using IFO-QCL logic. As output, a set of preferred a relevant alerts are produced.In practise, IDS alerts may not provide information about attributes expressed by the security operator in his knowledge and preferences. In order to classify such kind of alerts, two dual methods have been proposed. The first one consists in the completion of the so-called partial alerts and the second one reduces knowledge/preferences formulas, in order to only focus on attributes that are present in the alerts.We proposed a polynomial algorithm that assigns a satisfaction degree, according to the IFO-QCL logic, to alerts and select a set of preferred ones.Experimental studies were carried out using real alerts show the merits of our model.

Les matériaux tels les nickelates et les manganites, montrent des propriétés magnéto-électriques intéressantes liées au phénomène de double échange. L'objectif principale de ce travail est d'étudier le mécanisme de ce phénomène afin d'en comprendre l'origine, à la fois microscopique, par la détermination des interactions dominantes dans des composés moléculaires à deux centres magnétiques et macroscopique, par l'étude des effets collectifs dans des systèmes de plus grande taille. La première partie consiste en une étude par des méthodes ab initio de séries de systèmes organiques conjugués qui présentent un phénomène de double échange. Les énergies et fonctions d'onde du bas du spectre sont utilisées pour extraire les interactions du modèle de double échange. Par cette analyse nous montrons qu'il existe des systèmes organiques conjugués susceptibles de posséder des propriétés magnéto-électriques similaires à celles observées dans les matériaux constitués de métaux de transition. La deuxième partie est consacrée à une étude détaillée des propriétés collectives du modèle de double échange dans des systèmes monodimensionnels de taille variable. Des chaînes 1D de sites à deux orbitales et un ou deux électrons par sites sont étudiées au moyen de diagonalizations exactes. Nous avons développé des outils d'analyse afin d'étudier l'extension spatiale du polaron ferromagnétique et la délocalisation dans l'état fondamental. Enfin nous montrons comment le champ magnétique peut provoquer un changement drastique de la délocalisation électronique et par conséquent de la conductivité en fonction du dopage. / The materials like nickelates and manganites, show extraordinary magneto-electric properties originating from the double exchange (DE) phenomenon. In this work we try to understand the origin of these properties, not only at the microscopic level, by studying systems with two magnetic centers, but also at the macroscopic level, by studying collective effects in systems with varying sizes. The first part consists of an {it ab initio} study of a series of five conjugated organic systems, with two magnetic centers each, which are susceptible to exhibit DE phenomenon. The low lying eigenstates are used to extract the parameters of the DE Hamiltonian and substantiate the model. Thus, we show that there exist conjugated organic systems which could, in principle, possess magneto-electric properties similar to those observed in materials formed of transition metal oxides. The second part consists of a detailed study of the collective properties of the double exchange Hamiltonian in one dimensional systems of variable size. One dimensional chains made up of sites with two orbitals each and one or two electrons per site are studied with exact diagonalization methods. Novel tools have been developed to quantify the size of the ferromagnetic polaron and the amount of electron delocalization in the resulting ground state. Finally, we show how a magnetic field could bring about a drastic change in the electron delocalization in the system for a given doping ratio.

Le laser est omniprésent dans la recherche et les applications. Les efforts de miniaturisation, qui affectent le développement de sa cohérence, se sont multipliés depuis sa découverte, mais seulement avec les plus petits Lasers à Emission Verticale (VCSELs) on détecte l'influence du volume de cavité sur les propriétés d'émission. Ainsi on se pose des questions sur l'apparition et le développement de la cohérence, sur la valeur (unique ?) du seuil laser, sur l'existence d'un tel seuil dans un nanolaser et sur la réponse à la modulation du pompage. Dans cette thèse, nous explorons le fonctionnement du laser autour du « seuil » pour obtenir des réponses expérimentales à quelques-unes des questions posées dans des lasers à la meso-échelle. Les fonctions de corrélation, la dynamique temporelle, la reconstruction de l'espace des phases, des indicateurs statistiques et des mesures spatialement résolues d'intensité et de longueur d'onde d'émission sont les indicateurs utilisés dans cette étude. La dynamique est étudiée modulant sinusoïdalement des petits VCSEL, où nous obtenons : des impulsions dans la région du seuil, amplification anormale de l'émission spontanée (en polarisation croisée), oscillations régulières et (surtout) irrégulières par la forte influence de l'émission spontanée dans ces petits dispositifs. Enfin, une caractérisation bidimensionnelle des propriétés du rayonnement, transversalement à l'émission, montre la corrélation entre la croissance de la cohérence et celle du mode laser. Pour les dispositifs plus grands, cette analyse jette les bases pour l'étude du développement de la cohérence dans les lasers spatialement étendus. / Coherent light sources are nowadays ubiquitous in scientific research and engineering applications and have been miniaturized since their inception. Physically, the onset and development of laser coherence is largely affected by the cavity size reduction, but this becomes apparent only for the smallest Vertical Cavity Surface Emitting Lasers (VCSELs). Thus the following questions arise: When does coherence set in? How does it develop? How do we define threshold? Is there a unique threshold value and does it exist at all for a nanolaser? What is the dynamical response to modulation in this uncharted territory? In this thesis we explore the regime of laser operation around what is conventionally called the threshold point and obtain experimental answers to some of the questions from mesoscale lasers. Correlation functions, temporal dynamics, phase space reconstruction, statistical indicators and spatially-resolved intensity and emission wavelength measurements are the indicators for the answers we seek. The dynamical response is investigated by applying a sinusoidal modulation to very small VCSELs, where we obtain the amplification of pulses in the threshold region, anomalous amplification of the spontaneous emission (in a cross-polarized channel), regular and (mostly) irregular pulsations due to the strong influence of spontaneous emission in these small devices. Finally, a two-dimensional characterization of the radiation properties transversely to the emission shows the correlation between coherence buildup and the establishment of a laser mode. For larger devices, this analysis lays the foundation for investigating the buildup of coherence in spatially extended lasers.

L’oxydation des lipides est un phénomène chimique qui provoque la dégradation des qualités organoleptiques et nutritionnelles des aliments. Cette oxydation dépend de plusieurs paramètres (température, lumière, présence de métaux de transition, présence d’enzymes, état de dispersion des lipides …) qu’il est important de maîtriser notamment au cours du procédé de fabrication du produit alimentaire ou de son stockage. Dans ce contexte, l’oxydation des lipides a été étudiée, à travers la mesure des composés primaires d’oxydation, en phase continue et en émulsion eau-dans-huile. Différentes huiles alimentaires présentant des taux variés en acide α-linolénique (18:3 n-3) ont été choisies. Différentes formulations d’émulsion ont été étudiées (composition de l’interface en polyricinoléate de polyglycérol (PGPR)/monoglycérides distillés, présence de métaux pro-oxydants, d’espèces chélatantes). En revanche, la fraction volumique de phase aqueuse (40%) et le diamètre des gouttelettes d’eau (1 μm) sont maintenus constants. Parallèlement, une méthode de dosage rapide et innovante basée sur la microcalorimétrie différentielle a été mise au point pour un suivi en continu des cinétiques d’oxydation. Pour les 4 huiles végétales étudiées en phase continue et en émulsion, l’oxydabilité est liée à leur teneur en acide α-linolénique, avec la hiérarchie suivante : huile de lin > huile de caméline > huile de colza > huile d'olive. Plus la concentration en molécules pro-oxydantes (sulfate de fer) dans la phase aqueuse est élevée, plus l’oxydation des lipides est importante. L’état de valence du fer et le remplacement du fer par du cuivre n’ont pas d’impact significatif sur la cinétique d'oxydation. En revanche, il est possible de contrôler l’action pro-oxydante du fer II en jouant sur la nature du contre-ion (poids moléculaire, pouvoir chélatant) ou sur la proportion de PGPR utilisée pour stabiliser les émulsions. L’ensemble des résultats obtenus suggère que les tensioactifs lipophiles présents à l’interface eau-huile n’empêchent pas l’interaction des ions pro-oxydants avec les molécules lipidiques de la phase continue mais que leur organisation à l’interface module l’oxydation des lipides. / Oxidation is ubiquitous in lipids and causes degradation of organoleptic and nutritional qualities of foods. Lipid oxidation depends on various parameters (temperature, light, transition metals, lipid dispersion state …) that have to be controlled during food processing and storage. In this context, lipid oxidation was followed by measuring the content of primary oxidation products, for lipids in bulk phase and in water-in-oil emulsions. Different edible oils were chosen for their contents of α-linolenic acid (18: 3 n-3). Emulsions were formulated at varying polyglycerol polyricinoleate (PGPR)/distilled monoglycerides concentration ratios (surfactant ratio), with or without the presence of pro-oxydant metals or chelators. In all experiments, the aqueous volume fraction (40%) and the droplet mean diameter (1 μm) remained constant. Besides this study, an innovative and rapid method based on differential microcalorimetry was developed for monitoring the kinetics of lipid oxidation. The oxidability of the studied oils was related to their content in α-linolenic acid according the following order: linseed oil> camelina oil> rapeseed oil> olive oil. The rate of lipid oxidation increased with the iron sulfate concentration in the water phase. The iron valence or the replacement of iron by copper had no significant impact on the oxidation kinetics. However, both the chemical nature of the counter ion (molecular weight, chelating power) and the proportion of PGPR used to stabilize the emulsions were influential factors. On the whole, our results suggest that surfactants at the water-oil interface do not prevent pro-oxidant species to interact with lipids in the continuous phase but that their organization at the interface is a key parameter for controlling lipid oxidation.

Une méthode de corrélation d'images numériques adaptée aux mesures cinématiques dans les polycristaux a été développée dans ce travail, dans le but d'identifier les paramètres de lois de plasticité cristalline. Des mesures de champs 2D sont réalisées à la surface d'un polycristal d'acier austénitique 316LN, à partir d'une série d'images acquises au Microscope Electronique à Balayage (MEB) au cours d'un essai de traction monotone in-situ, et pour différentes tailles moyennes de grains. Pour permettre la corrélation d'images, un mouchetis adapté à l'échelle microscopique est au préalable déposé à la surface de l'éprouvette par une technique de microlithographie. Les distorsions spatiales liées à l'imagerie MEB et à la technique de marquage sont quantifiées. La connaissance de la microstructure en surface par diffraction des électrons rétrodiffusés permet de réaliser les mesures cinématiques en utilisant un maillage éléments finis non-structurés s'appuyant sur les joints de grains ou de macles. Ce même maillage est ensuite utilisé pour la simulation de chaque essai de traction sur la microstructure expérimentale, avec comme conditions aux limites les déplacements nodaux mesurés au cours du temps sur les bords du domaine. Deux lois de plasticité cristalline d'approche locale sont alors considérées pour simuler les hétérogénéités des déformations observées : la loi de Méric-Cailletaud et la loi DD-CFC développée à EDF R&D et davantage basée sur la physique. Des comparaisons entre la mesure et la simulation sont menées, en termes de déplacements, de déformations, mais aussi de systèmes de glissement activés. Finalement, une méthode inverse d'identification des paramètres de loi est proposée, se basant sur le recalage à la fois des champs de déplacements locaux et du comportement homogène du matériau. Les paramètres de l'écrouissage isotrope de la loi de Méric-Cailletaud sont ainsi identifiés pour différentes tailles moyennes de grains. Il est également montré que certain coefficients de la matrice d'interaction entre systèmes de glissement peuvent être estimés. / A digital image correlation procedure adapted to kinematic measurements in polycrystals has been developed in this work to identify parameters of crystal plasticity laws. 2D kinematic measurements are performed on the surface of 316LN austenitic steel polycrystals from a sequence of images acquired using a Scanning Electron Microscope (SEM) during in-situ tensile tests for various mean grain sizes. To enable digital image correlation, a speckle adapted to the microscopic scale is deposited onto the specimen surface by a microlithography process. Spatial distortions resulting from both patterning and SEM imaging techniques are quantified. The knowledge of the microstructure at the surface by electron backscattered diffraction allows for kinematic measurements to be performed using an unstructured finite element mesh taking as support the grain or twin boundaries. This same mesh is then used for the simulation of each tensile test on the experimental microstructure with the measured nodal displacements prescribed as boundary conditions with their time evolution. Two local crystal plasticity laws are considered to simulate the observed strain heterogeneities, namely, the Méric-Cailletaud model and the DD-CFC law developed at EDF R&D. Comparisons between measurements and simulations are performed in terms of displacements, strains but also activated slip systems. Last, an inverse identification method is proposed for the identification of the sought constitutive parameters based on both the local displacement fields and the material homogenized behavior. The parameters associated with isotropic hardening of Méric-Cailletaud law are thus identified for various mean grain sizes. It is also shown that some of the interaction parameters of slip systems can be estimated.

Une plaque de plâtre allégée est un produit constituée d’un cœur, « mousse de plâtre », dont la porosité peut atteindre 75% et de revêtements de carton. Il est important de comprendre et caractériser le comportement mécanique de la plaque de plâtre pour optimiser le compromis résistance thermique / tenue mécanique. Pour répondre à cet objectif, des méthodologies spécifiques de corrélation d’images numériques et d’identification du comportement mécanique dans des régimes fortement non-linéaires (endommagement, effondrement de la porosité, fissuration macroscopique…) ont été développées et mises en œuvre. Une première classe de propriétés mécaniques, conditionnant la manutention et la pose des plaques, concerne la tenue à la flexion. Des essais de flexion trois et quatre points ont été réalisés jusqu’à la rupture. La corrélation d’images numériques 2D a été utilisée pour suivre la cinématique de l’essai. Le comportement de la plaque de plâtre en flexion a été identifié grâce à une description continue et homogénéisée de type poutre où la dégradation progressive de la rigidité de la plaque est décrite par une loi d’endommagement. Une procédure d’identification spécifique est présentée où imperfections expérimentales et brisures éventuelles de symétrie sont prises en compte. L’analyse montre que le comportement de la plaque en flexion est essentiellement piloté par les propriétés mécaniques de la face cartonnée et de la qualité de l’interface papier-plâtre. Le mécanisme de rupture en flexion a été également identifié par des essais in-situ dans un tomographe. Une deuxième catégorie de propriétés mécaniques concerne un essai normatif d’arrachement. Grâce à des tests réalisés au sein d’un tomographe, et à l’analyse de la cinématique par corrélation d’images volumiques, les différentes étapes clefs ont été identifiées, et la compaction du cœur par effondrement de la porosité sous compression a été reconnu comme le facteur limitant. Dans le but de mieux comprendre ce mécanisme de ruine des essais d’indentation sphérique tomographiés ont été réalisés sur des échantillons de mousse constitutive du cœur de la plaque. Sous l’indenteur, une transition brutale entre comportement élastique et compaction forte accompagnée d’un effondrement de la porosité est visible. Pour répondre à la nécessité d’estimer finement l’état de déformation multiaxiale qui caractérise cette transition, une procédure originale de corrélation d’images volumiques intégrée a été développée. Elle s’appuie sur un code commercial d’éléments finis comme moyen de générer une base cinématique adaptée à l’essai d’indentation sphérique. Le couplage d’essais mécaniques in-situ, la corrélation d’images volumiques et la simulation numérique d’une part, et l’intégration d’informations connues a priori dans la démarche d’identification d’autre part ont permis d’identifier un critère de ruine local. Le comportement triaxial du plâtre poreux a été caractérisé également via des essais triaxiaux homogènes, en suivant différents trajets de chargement. Le comportement triaxial du plâtre moussé a été identifié. Les résultats obtenus sont en accord avec les résultats de l’identification conduite sur l’essai d’indentation. / Lightweight plasterboard is a product composed of a "plaster foam" core whose porosity can reach 75% lined with two sheets of paper. To optimize the compromise between thermal resistance and mechanical strength, it is important to understand and characterize the mechanical behavior of the plasterboard. In the present work, specific methodologies for digital image correlation and identification of the mechanical behavior in highly nonlinear regimes (damage, collapse of porosity, macroscopic cracking ...) have been developed and implemented. A first set of mechanical properties, crucial for handling and placarding, concerns the bending strength. Three and four points bending tests were performed until failure. Digital image correlation was used to follow the kinematic of the test. The behavior of the plasterboard has been identified through a homogenized continuum description based on plate kinematic where the progressive degradation of bending stiffness is described through a damage law. A specific procedure for identification is presented where experimental imperfections and symmetry breakdown are tolerated and accounted for. The analysis shows that the mechanical behavior of the plasterbaord in bending test is controlled primarily by the mechanical properties of the paper lining and the quality of gypsum / paper interface. The failure mechanism in bending test was also identified through in-situ tests performed inside the tomograph. A second category of mechanical properties relates to a normative test “Nail pull test”. Through tests conducted inside the tomograph and the analysis of the kinematics by digital volume correlation, the different key stages of the failure mechanism have been identified. The compaction of the core by the collapse of porosity in compression has been recognized as the limiting factor. In order to better understand the compaction mechanism in-situ spherical indentation tests were performed on foamed samples prepared from the board core. The results from the in-situ experiment show that a compacted zone develops under the indenter, displaying a very sharp boundary with the undamaged material that behaves elastically. To meet the need for estimating accurately the state of multiaxial strain that characterizes this transition, a new methodology is presented. It is an integrated digital volume correlation based on a library of fields adapted to the spherical indentation test and computed from commercial finite element software. Coupling in-situ mechanical tests, digital volume correlation and numerical simulations on the one hand, and integration a priori known information in the identification process on the other hand allowed us to identify a local failure criterion. The behavior of porous plaster was also characterized via homogeneous triaxial tests, by following different loading paths. The triaxial behavior of foamed plaster has been identified. The results are in agreement with those obtained via the identification procedure conducted on the spherical indentation tests.

L'objectif de cette recherche est d’analyser l’apparition et la propagation des fissures de dessiccation et de mieux comprendre la relation entre les comportements macroscopique et microscopique de cinq argiles, une kaolinite, une montmorillonite et trois mélanges de kaolinite et montmorillonite. A l'échelle macroscopique, la méthode est basée sur (1) la mesure de la teneur en eau, de l’indice des vides et du degré de saturation en fonction de la succion au cours du séchage, qui permet de préciser la relation entre le retrait et la désaturation et met en évidence les phases caractéristiques du comportement; (2) des mesures de teneur en eau et des déformations globales dans les tests de dessiccation libre afin d'étudier leur homogénéité ; (3) la détermination des déformations et des déplacements locaux pendant le séchage avec les logiciels VIC-2D et VIC-3D ; (4) une étude classique des paramètres des fissures ; (5) des essais de traction pour déterminer les propriétés des argiles impliquées dans la formation de fissures . A l'échelle microscopique, l'étude est basée sur une analyse approfondie de la microstructure en utilisant en particulier le microscope électronique à balayage, couplé à une méthode adaptée pour l'identification des orientations préférentielles des particules. Cette étude microscopique est complétée par l'analyse de porosimétrie au mercure, une méthode qui permet de quantifier l'espace poral et de caractériser l’indice des vides local. Outre les recherches sur les sols argileux, les effets de la décompression et de la succion sur la formation des fissures dans une roche argileuse ont été analysés également. La relation entre les changements macroscopiques, les changements dans la microstructure et de la porosité a été étudiées. Lors des essais de dessiccation libre, les déformations et les déplacements sont obtenus avec Vic-2D. Les zones de l’échantillon où les fissures apparaissent sont identifiées ainsi que l’évolution des déformations et des déplacements avant l’apparition des fissures. A la fin du séchage, les fissures forment une sorte de réseau, où des bifurcation peuvent être observées dans certains cas. Deux modes de fissuration sont détectés pendant les essais : le mode de traction et le mode de déchirement. Lorsqu’une fissure est causée par des tractions, la direction de propagation suit la direction perpendiculaire à l’extension maximale. S’il y a des distorsions à proximité de la fissure, alors sa direction change. Au début du séchage, les déplacements et les déformations sur le bord sont plus importants que dans les autres parties du modèle. Au voisinage des fissures, les déplacements et les déformations deviennent plus grands que dans les autres parties. Dans la plus grande partie du modèle, les déformations principales sont essentiellement longitudinales et transversales. Pour un matériau donné, la résistance à la traction augmente lorsque la teneur en eau diminue. Le tracé des résultats en fonction de l’indice de liquidité permet de mettre en évidence l’effet de la minéralogie sur la résistance à la traction. Au même indice de liquidité, la contrainte maximale de traction diminue lorsque le pourcentage de monmorillonite augmente. L’effet de la succion sur la résistance à la traction semble qualitativement similaire à ce qui est observé dans le cas de la résistance à la compression simple : on observe que la résistance à la traction est une fonction linéaire du logarithme de la succion. L’analyse au MEB de quatre suspensions soumises à plusieurs succions met en évidence l’isotropie globale de la microstructure, avec une orientation aléatoire des particules, tandis qu’une analyse plus fine révèle que la microstructure peut présenter localement une certaine anisotropie. / The objective of this research is to analyze the appearance and propagation of cracks related to desiccation and to provide a better understanding of the relation between the macroscopic and microscopic behavior of five clays, a kaolinite, a montmorillonite and three mixtures of kaolinite and montmorillonite. At the macroscopic scale, the method is based on (1) measurements of water content, void ratio and degree of saturation versus suction during drying, which allows to specify the relationship between shrinkage and desaturation and highlights the characteristic phases of behavior; (2) measurements of water contents and global deformations in free desiccation tests in order to study their homogeneity; (3) the determination of the local deformations and displacements during drying using the softwares VIC-2D and VIC-3D; (4) a classical study of the parameters of cracks; (5) traction tests in order to identify the tensile properties of the clays involved in the formation of cracks. At the microscopic scale, the study is based on a thorough microstructure analysis using in particular scanning electron microscope, coupled to an adapted method for the identification of preferential orientations of particles. This microscopic study is complemented by mercury intrusion porosimetry analysis, a method which allows to quantify the poral space and to characterize the local void ratio. In addition to the research on clay soils, the effects of decompression and suction on the formation of cracks in a clay rock were analyzed too. The relationship between macroscopic changes and the changes in the microstructure and porosity was investigated. During free desiccation tests, two-dimensional strains and displacements maps are obtained with Vic-2D. The zones of the sample where cracks appear are identified as well as the evolution of strains and displacements before the appearance of cracks. At the end of desiccation, the cracks form a kind of network. Bifurcation of cracks can be observed in some cases. Two modes of cracks are detected during the tests: traction mode and tearing mode. When a crack is caused by traction, the propagation direction follows the direction perpendicular to maximum extension. If there are shear strains in the vicinity of the crack, then its direction changes. In the early time of desiccation, the displacements and strains on the boundaries are larger than those in the other parts of the model. In the vicinity of cracks, displacements and strains are relatively larger than those in the other parts. In most parts of the model, the principal strains are mainly longitudinal and transversal. For a given material, tensile strength increases when water content decreases. Plotting the results versus the liquidity index allows highlighting the effect of mineralogy on tensile strength. At the same liquidity index, the maximum tensile stress decreases when the montmorillonite content increases. The effect of suction on tensile strength seems qualitatively similar to what is observed in the case of unconfined compression strength with tensile strength being a linear function of the logarithm of suction. Analysis with SEM of four slurries submitted to several suctions highlights the global isotropy of the microfabric, with a random orientation of the particles, while a finer analysis reveals that the fabric may present locally some anisotropy.

Le contrôle actif a souvent été considéré pour la maîtrise du bruit basse fréquence rayonné par les panneaux d’habillage dans les cabines des avions et hélicoptères. Ces panneaux sont classiquement réalisés en matériaux sandwich nid d’abeille (nida), du fait de leur très bon rapport résistance/masse. La mise en œuvre des techniques de contrôle actif sur des panneaux de type nida n’a pas toujours donné des résultats à la hauteur des attentes. Le travail présenté dans cette thèse introduit un modèle coque/volume/coque (SVS) de panneau nida équipé de pastilles piézoélectriques, valide ce modèle expérimentalement et propose une analyse des limitations de performance du contrôle actif. Pour la modélisation des panneaux nida, la principale difficulté est d’estimer les propriétés effectives d’un matériau homogène équivalent au cœur. On introduit une procédure d’homogénéisation numérique à partir d’un modèle 3D très détaillé de la structure du nida. Cette procédure est basée sur la corrélation des modes périodiques du modèle 3D et du modèle SVS. L’utilisation de modes périodiques permet l’analyse détaillée de l’influence des constituants dans le comportement vibratoire du nida, en particulier de la couche de colle et des peaux du sandwich. Des essais vibratoires mettent en évidence les effets viscoélastiques présents pour les nida à base de papier Nomex. Ces effets sont pris en compte dans le modèle SVS en utilisant des paramètres élastiques dépendant de la fréquence. On intègre ensuite des actionneurs et capteurs piézoélectriques au modèle de panneau nida validé. Différentes stratégies pour l’intégration du modèle proposé dans un processus de conception sont discutées. On montre enfin que la réponse statique à une tension électrique correspond à une cloque, flexion très localisée des peaux plutôt que flexion globale du panneau. Il en résulte une mauvaise performance des actionneurs. Cet effet local est retrouvé sur un modèle de panneau d’habillage réaliste étudié à l’ONERA. / Active control has often been considered for low frequency control of noise radiated by trim panels inside aircraft or helicopter cabins. Trim panels are usually made of honeycomb core sandwich because of their high strength to mass ratio. Active control techniques applied to honeycomb panel have not always given results as good as expected and this thesis aims to understand these limitations based on validated mechanical models of the active panels. For the modeling of honeycomb panels, the main difficulty is to estimate equivalent properties for the core. A numerical homogenization procedure is introduced to estimate effective parameters of a shell/volume/shell model based on the correlation with periodic modes of a detailed 3D model. The use of periodic modes allows a detailed analysis of the influence of constituent properties, especially glue and skin. Tests show that the considered Nomex based honeycomb has significantly viscoelastic behavior. In the model, the viscoelastic behavior of the core is taken into account by a frequency dependence of material parameters. Piezoelectric actuators and sensors are included in the validated honeycomb model. Strategies for integration in a numerical design process are discussed. Finally, the static response to an applied voltage is shown to correspond to a blister shape with local bending of the skin rather than global bending of the panel. This behavior results in poor actuator performance, which is also found in a realistic panel configuration studied at ONERA.