Soumise à une sollicitation sismique importante, une structure de génie civil peut être endommagée. Cela se traduit par l'apparition de fissures et donc une réduction de ses propriétés élastiques de la structure. Cependant, dans le cas d'un événement sismique d'amplitude inférieure, la variation observée est seulement transitoire. Elle consiste en une perturbation brutale de la fréquence et de l'amortissement suivie d'un recouvrement lent vers leurs valeurs initiales. Ce phénomène non linéaire de relaxation est appelé Dynamique Lente. Il s'explique par la fermeture progressive des fissures initialement présentes dans la structure et qui ont été ouvertes par la sollicitation. Nous avons observé en laboratoire que l'analyse de la Dynamique Lente dans une poutre avant et après son endommagement permet de détecter cette augmentation de la densité de fissures. La sensibilité différentielle des modes à une dégradation locale indique, de plus, une piste pour le développement d'une méthode de localisation de l'endommagement. L'étude de la Dynamique Lente que nous avons menée dans deux structures de génie civil a montré que nous pouvions également y détecter l'apparition de l'endommagement. Le suivi de l'amortissement de manière continue a mis en évidence une relation linéaire entre l'amortissement et l'intensité des vibrations ambiantes à la fois dans les poutres et les structures de génie civil. Nous expliquons celle-ci via l'application du théorème Fluctuation-Dissipation à ces systèmes. Les résultats en laboratoire et la proximité de l'expression de la relation avec les équations utilisées dans le cas de la Dynamique Lente suggère une dépendance de ce phénomène vis à vis de la densité des hétérogénéités dans le matériau composant la structure. De plus amples recherches sont cependant nécessaires afin d'expliquer complètement nos observations et ainsi pouvoir les utiliser dans le cadre de la surveillance des structures uniquement à partir de données de très faible amplitude. / During strong seismic loadings, a structure may be damaged. This results in the appearing of cracks and then a reduction of the elastic properties of the structure. The degradation remains only transitory in the case of smaller seismic events. It consists in a sharp disruption of both the frequency and damping followed by their slow recovery to their initial values. This non linear phenomenon is called Slow Dynamics. It is explained by the gradual closing of the cracks which were initially present in the material and which were opened during the loading. We observed in the laboratory that the analysis of the Slow Dynamics in a beam before and after it is damaged allows to detect the increase of the crack density. The different sensitivties of the modes regarding a local damaging indicates a track to develop a method to locate the damages. The study of the Slow Dynamics in civil engineering structures demonstrated the possibility to detect the damaging also in this kind of system. The continuous monitoring of the damping highlighted a linear relationship between damping and the intensity of the ambiante vibration in the case of both the beams and real case structures. We explain this relation by applying the Fluctuation-Dissipation to these systems. Laboratory results and the proximity of the expression of the linear relationship wit hthe equations used in the theory of the Slow Dynamics suggest a dependency of this phenonmenon on the density of heterogeneities in the structure. Further research is however required in order to fully explain our observations and thus, to use them to monitor the state of health of structures.

Ce travail expérimental est une contribution à l'étude de deux phénomènes critiques de l'hélium dans les aérogels de silice. Dans le but de détecter d'éventuels changements de classe d'universalité du point critique liquide-gaz pour l'hélium adsorbé dans les aérgels, nous avons développé un capteur de densité original constitué d'un pendule simple dont la masse est celle de l'aérogel et de l'hélium qu'il contient. Ce dispositif a été validé en étudiant, pour sept échantillons différents, l'apparition de la superfluidité de l'hélium. Des résultats connus ont été ainsi reproduits, et nous apportons des informations complémentaires sur le lien entre la dimension fractale des aérogels et l'exposant critique $\zeta$ de la densité superfluide. Ce pendule a ensuite permis l'étude de la condensation de l'hélium dans les aérogels, à proximité du point critique liquide-gaz. Nos résultats sont largement contradictoires avec ceux reportés dans la littérature sur ce même système : D'après nos mesures, à la pression de saturation de l'hélium libre, le remplissage en liquide est incomplet. Aucune transition bien définie du premier ordre ne semble présente à des pressions inférieures à la pression de condensation de l'hélium libre. Il existe cependant une région ou la densité de l'hélium varie très rapidement avec la pression. Ces résultats ressemblent en partie à ceux obtenus dans des matériaux poreux plus traditionnels que les aérogels, où ils sont interprètés en terme de condensation capillaire. Enfin, des constantes de temps extrêmement grandes sont observées dans la région de condensation capillaire. Ce type de ralentissement est attendu théoriquement, et il serait dû ici au mouvement d'une interface (2D) dans un milieu désordonné.

Cette thèse est une étude expérimentale des transitions vitreuses de dispersions de nanoparticules magnétiques chargées (ferrofluides). - La transition vitreuse colloïdale, observée à forte concentration, conduit à un solide amorphe hors de l'équilibre thermodynamique. Les particules chargées sont alors en forte interaction, dans un potentiel dominé par les répulsions électrostatiques. Grâce aux propriétés originales des ferrofluides, nous considérons tous les degrés de liberté structuraux des particules. Ceux de position sont sondés par des mesures statiques et dynamiques de diffusion de rayonnement (rayons X et neutrons). Une dynamique vitreuse (non diffusive, vieillissante et intermittente) est observée à l'échelle nanométrique. En présence d'un champ magnétique, la structure des dispersions devient anisotrope, ainsi que la dynamique de translation des particules et son vieillissement. La dynamique de rotation des nanoparticules est sondée par des mesures de biréfringence magnéto-induite. Celle-ci se gèle à partir d'une fraction volumique qui dépend de l'intensité des répulsions entre particules. Son vieillissement est étudié sur des échelles de temps longues. Un âge effectif est introduit pour unir les propriétés de vieillissement à différentes concentrations. - A basse température, la dispersion gelée constitue un ensemble désordonné de spins géants, qui présente des analogies avec les verres de spins atomiques. En utilisant un magnétomètre SQUID, nous étudions la dynamique d'orientation de ces spins géants. Nous utilisons une méthode empruntée aux verres de spins pour extraire une longueur de corrélation dynamique; sa taille augmente au cours du vieilissement.

Ce travail est consacré à l'étude des hétérogénéités dynamiques dans la relaxation lente de la matière molle vitreuse par des techniques originales de diffusion de la lumière multispeckle, développées au cours de cette thèse. La première technique, appelée « Corrélation Résolue dans le Temps » (TRC), permet de caractériser les hétérogénéités temporelles de la dynamique. Elle a été optimisée en considérant un système modèle, les mousses. Nous avons proposé diverses méthodes pour supprimer la contribution du bruit de la mesure, due au nombre limite de pixels de la camera CCD, dans des objets statistiques caractérisant les fluctuations de la dynamique (variance, fonction densité de probabilité et autocorrélation). La deuxième technique, appelée « Corrélation Résolue dans le Temps et dans l'Espace » (STRC), permet de caractériser les hétérogénéités spatiales de la dynamique. Grâce à la STRC, nous avons montré que la dynamique d'un gel concentré de vésicules lamellaires et celle d'un gel colloïdal fortement attractif sont, de façon surprenante, corrélées sur des distances très longues. Des mesures complémentaires sur le gel colloïdal, effectuées à plusieurs vecteurs de diffusion, ont mis en évidence la dépendance de la dynamique moyenne et de ses fluctuations temporelles avec la longueur sondée. Nous avons établi un modèle simple, basé sur une série de réarrangements corrélés spatialement et aléatoires dans le temps, qui est en accord avec les résultats expérimentaux.

Cette thèse concerne deux classes de systèmes hors équilibre. Premièrement, nous étudions des systèmes présentant des modes de Goldstone soumis à des champs oscillants: à l'aide de plusieurs champs orthogonaux, il est possible de réduire successivement la symétrie des modèles initiaux: un modèle Heisenberg peut devenir un modèle ayant une symétrie Ising. Deuxièmement, nous proposons des réalisations microscopiques des modèles de pièges introduits pour comprendre les phénomènes de vieillissement dans les verres. Seuls les modèles entropiques, par opposition à ceux dits activés, présentent des températures effectives différentes de celle du bain thermique. Enfin, nous généralisons les modèles d'espace de phases en considérant des évolutions locales en énergie.

Nous montrons comment l'écoulement, la dynamique viscoélastique lente et la mémoire rhéologique des mousses liquides 2D à l'échelle macroscopique s'expliquent par des processus à l'échelle des films et bulles et comment ils sont couplés au vieillissement.<br />Un premier fil conducteur est le couplage entre les échelles macroscopique, mésoscopique et locale. Nous montrons que l'allongement d'un film individuel sous l'effet d'une déformation macroscopique suit une nouvelle loi qui permet de modéliser l'élasticité des mousses 2D en fonction de la microstructure. Par ailleurs, nous discutons comment un écoulement<br />macroscopique résulte de réarrangements de bulles agissant comme des dipôles de force au sein d'un milieu continu élastique.<br />Un second fil conducteur est le couplage entre rhéologie et vieillissement. A l'aide de la représentation dipolaire, nous établissons une loi analytique décrivant la déformation induite par les réarrangements dus au vieillissement. Sur cette base, nous formulons un modèle rhéologique constitutif prenant en compte la dynamique intrinsèque due au vieillissement, et les contraintes géométriques et topologiques.

Ce travail est consacré à l'étude, par des techniques originales de diffusion dynamique de la lumière, de la dynamique lente de deux systèmes colloïdaux modèles. On a utilisée une technique de Corrélation Résolue dans le Temps (TRC) et des simulations numériques pour sonder, sur une grande plage de concentrations et sur sept décades en temps de relaxation, la dynamique d'un système de sphères dures colloïdales approchant de la transition vitreuse. A faible fraction volumique les temps de relaxation peuvent être représentés par une loi de puissance critique comme prévu par la Théorie de Couplage des Modes (MCT). A des concentrations élevées le temps de relaxation augmente selon une inattendue loi exponentielle critique avec une fraction volumique critique supérieure à celle prévue par MCT. L'étude des fluctuations de la dynamique confirme la présence d'un régime de dynamique activée: ce scénario est le même que l'on retrouve pour les systèmes vitreux moléculaires. Le deuxième sujet étudié est le comportement d'une suspension de colloïdes attractifs soumis à la contrainte gravitationnelle. Initialement, des agrégats de particules sédimentent en formant un gel sur le fond de la cellule. Les techniques spéciales employées nous ont permis de mesurer l'évolution des profils de concentration, des profils de vitesse et la dynamique locale dans la phase gel: la sédimentation peut être complètement décrite par le taux de déformation locale qui permet aussi une remise à l'échelle de la dynamique locale. Le rôle de la friction aux parois des cellules a été sondé par des expériences de polarimétrie et par la résolution numérique d'un modèle poroélastique pour la sédimentation du gel. / We investigated, using original light scattering techniques, the slow dynamics of two different model colloidal systems. We used a Time Resolved Correlation (TRC) technique and numerical simulations to study the dynamics of systems of colloidal hard spheres over a broad range of densities and seven decades in relaxation time. At low volume fraction the equilibrium relaxation time is described by the algebraic divergence predicted by mode-coupling theory (MCT). At higher density the relaxation time increases with an unexpected critical exponential form, whose the critical volume fraction is much larger then the MCT singularity. The fluctuations of the dynamics confirm the presence of an activated regime, as founded in molecular glass formers close to the glass transition. The second research subject concerns the behaviour of suspensions of attractive colloidal particles under gravitational stress. Initially, clusters fall forming a gelled deposit at the cell bottom. Our apparatus allows us to follow over time the concentration profile, the velocity profile and the local dynamics in the gel phase: the settling may be fully described by the local strain rate and dynamics exhibits remarkable scaling properties when time is normalized by strain rate. The role of the solid friction at the cell walls has been investigated by polarimetry experie nces and solving numerically a poroelastic model of gel sedimentation.

La surveillance de la réponse structurale est fondamentale pour estimer la performance des bâtiments et réduire les pertes lors de futurs séismes. Un moyen pratique de détecter les changements de comportement structural consiste à analyser les variations des propriétés élastiques lors d'excitations dynamiques. Dans ce travail, on montre que les variations de la fréquence fondamentale des bâtiments lors de tremblements de terre (faibles à forts) pourraient être expliquées par des processus élastiques non linéaires qui se produisent à l'intérieur du matériau, et qui finalement affectent le comportement macroscopique global des bâtiments. Ces processus élastiques non linéaires sont responsables de la diminution temporaire ou permanente de la rigidité structurale, pouvant expliquer les processus de récupération des propriétés élastiques observés à la suite d'événements sismiques. Cette étude comble le fossé entre des expériences de laboratoire à l'échelle microscopique et des observations sismologiques à l'échelle macroscopique, où l’élasticité non linéaire est également observée. Dans un premier temps, une base de données sismiques établie dans le cadre de cette thèse est présentée, incluant des réponses de bâtiments instrumentés de façon permanente dans le monde: des milliers d’enregistrements de mouvements sismiques et plusieurs bâtiments du Japon et des États-Unis ont été traités, apportant des connaissances utiles pour le domaine du génie parasismique, notamment pour la prédiction empirique de la réponse structurale en fonction de mesures d'intensité du mouvement au sol. Les incertitudes associées à la prédiction d’endommagement sont présentées, ainsi que l'évaluation de la vulnérabilité d'un bâtiment sous forme de courbes de fragilité. Ensuite, la base de données est utilisée pour analyser les signatures élastiques non linéaires dans les bâtiments, en particulier les effets de la dynamique lente (ou relaxation). Les variations des fréquences de résonance sont étudiées à court et à long terme, en estimant la contribution du sol à la réponse du système sol-structure. Différents états structuraux sont déduits en fonction des amplitudes de chargement et propriétés observées via les enregistrements. Des modèles de relaxation développés en laboratoire sont ensuite adaptés aux données des bâtiments afin de caractériser la densité de fissuration et les hétérogénéités, en effectuant des comparaisons entre les états structuraux avant et après de fortes excitations telles que le séisme de 2011 (Mw=9) de Tohoku (Japon). Les effets des chargements sont observés lors de la récupération des séquences de répliques. Les résultats sont étendus à différentes typologies de bâtiments, en analysant l'influence du matériau et des caractéristiques de chargement, notamment les taux de déformation. Enfin, quelques conclusions générales sont présentées, ainsi qu'une perspective de travail utilisant des outils de machine learning pour prédire la réponse de bâtiments en fonction de signatures élastiques non linéaires observées. / Monitoring structural response is fundamental for evaluating the performance of buildings and reducing losses during future earthquakes. One practical way to detect changes in structural behavior is analyzing variations of elastic properties during dynamic excitations. Here we show that variations in the fundamental frequency of buildings during (weak -to- strong) earthquakes might be explained by nonlinear elastic processes carried out within the structural material, which affect the global macroscopic structural behavior. These nonlinear elastic processes are responsible for both transitory and permanent structural softening, and might explain the intriguing recovery effects observed in the fundamental frequency of buildings following seismic events. This study bridges the gap between microscale laboratory experiments and macroscale seismological observations, where nonlinear elasticity is also observed. In the first part of this study, a new seismic database of building responses is presented: thousands strong motion recordings and several buildings from Japan and US were processed, providing useful tools for the earthquake engineering community, notably for the empirical prediction of structural response as a function of several ground motion intensity measures. Examples of uncertainties associated to damage prediction are presented, as well as the vulnerability assessment of a building throughout fragility curves. Next, the seismic database is used to analyze nonlinear elastic signatures in buildings, particularly the slow dynamics or relaxation effects. Variations of resonant frequencies are monitored at both short and long-term, estimating the contribution of soil in the response of the system soil-structure. Different levels of damage are inferred according to loading amplitudes and structural states. Some laboratory-based models of relaxation are adapted to the building data in order to infer crack-density and heterogeneities over time, making comparisons between structural states before and after large excitations such as the Mw 9 Tohoku earthquake. Conditioning effects are observed during the backbone recovery of aftershocks sequences. The results are extended to different building typologies, analyzing the influence of structural material and loading features, notably strain-rates. Finally, some general conclusions are presented, together with a perspective work using machine learning to predict building response based on nonlinear elastic signatures.