Les structures en béton armé sont amenées à répondre à différentes exigences pouvant dépasser la simple résistance mécanique. Pendant le processus de fissuration, les contraintes dans le béton armé sont progressivement redistribuées entre l'acier et le béton via l'interface entre ces deux matériaux. Cette redistribution de contraintes a un impact direct sur l'état de fissuration final et doit donc être prise en compte dans la modélisation. Il existe différents modèles numériques capables de représenter les effets de la liaison acier-béton. Cependant, leur usage est, pour l'instant, incompatible avec les applications concernant les structures de grandes dimensions (difficultés de maillage, coût de calcul...). Dans ce cadre d'application, l'hypothèse de liaison parfaite entre l'acier et le béton (déplacement identique) est donc toujours utilisée. On se propose ici de développer un nouveau modèle éléments finis de liaison acier-béton qui soit à la fois représentatif des phénomènes physiques se produisant à l'interface entre les deux matériaux et compatible avec les contraintes de modélisation des structures de grandes dimensions. Ce travail de thèse se découpe en trois grandes parties : - le développement d'un modèle élément fini de liaison acier-béton adapté aux contraintes de modélisation des structures de grandes dimensions. Ce modèle numérique permet ainsi de tenir compte des interactions mécaniques entre le béton et les armatures d'acier représentées à l'aide d'éléments barres. - la caractérisation du comportement de la liaison acier-béton. Un modèle de loi d'adhérence (évolution de la contrainte d'adhérence en fonction du glissement) basé sur des observations expérimentales (campagne expérimentale de pull-out menée au cours de la thèse et données bibliographiques) est proposé. Il permet en particulier de différencier le cas d'une rupture par arrachement, d'une rupture par éclatement en tenant compte des caractéristiques matériaux et géométriques de la structure. - l'application du modèle proposé à un élément structurel (poutre). Un essai de poutre en flexion quatre points visant à caractériser l'évolution de la fissuration (évolution de l'ouverture de fissure mesurée à l'aide de la technique de corrélation d'images notamment) a ainsi été proposé. Ces résultats ont ensuite été comparés à ceux de simulations numériques tenant compte de la liaison acier-béton d'une part ou de l'hypothèse de liaison parfaite d'autre part. Les deux modélisations donnent une bonne approximation du comportement extérieur de la structure (comportement global et ouvertures de fissure des surfaces extérieures de la poutre). Le modèle de liaison acier-béton apporte cependant une meilleure caractérisation de la phase de fissuration active (apparition des fissures) et modifie plus particulièrement le comportement local de la structure à proximité directe des armatures (limitant le développement de l'endommagement du béton le long des renforts).

Les techniques de mesure de champs, et en particulier celles basées sur la Corrélation d'Images Numériques (CIN), sont matures et reconnues pour la détermination de déplacements d'objets quelconques, en deux ou trois dimensions. Ces travaux ont pour objet le développement d'essais et de techniques d'identification associées, en s'appuyant sur les méthodes de mesure par CIN, pour permettre l'évaluation des caractéristiques mécaniques d'un liner en titane T35, développé pour des applications spatiales. Des essais de traction uniaxiale sont tout d'abord utilisés pour déterminer le comportement élastoplastique du T35. Plusieurs méthodes d'identification sont comparées. En particulier, il est proposé d'étendre la corrélation d'image dite "intégrée" aux cas élastoplatiques. Cette méthode permet d'évaluer à la fois les déplacements du solide observé et les paramètres mécaniques des matériaux le constituant. Elle est comparée à une méthode de recalage de référence. L'étude se porte ensuite sur l'analyse de l'amorçage des fissures dans le liner. Les chargements cycliques du réservoir imposent à la tôle une déformation biaxiale cyclique en traction-compression de quelques pourcents, qui a été reproduite expérimentalement dans une machine multiaxiale. Cette partie a notamment nécessité le développement d'un essai triaxial à rapport de charge négatif sur tôle mince. Une estimation de la limite d'amorçage a été obtenue pour les niveaux de déformation visés. Enfin, la fissuration du liner a été étudiée par des techniques d'analyse dédiées. Certaines de ces techniques sont comparées quantitativement, afin d'étudier leurs capacités et limitations respectives. Des lois de propagation de type Paris ont été identifiées directement à partir d'images du voisinage de la fissure.

Cette thèse porte sur la fissuration par fatigue sous chargement variable en mode mixte I+II+III et sur les effets d'histoire induits par la plasticité confinée et les contraintes internes. Les essais réalisés montrent qu'il existe des effets antagonistes d'histoire du chargement à courte distance et à longue distance, que la forme de la séquence de chargement est cruciale et, par comparaison, que les effets de contact et de frottement sont d'importance moindre. Les contraintes internes jouent un rôle majeur sur la vitesse de fissuration par fatigue et sur le mode de fissuration. Une démarche a été mise en place pour étudier le comportement élasto-plastique d'une section représentative du front de la fissure par éléments finis. Pour ne retenir des calculs réalisés que le minimum d'information nécessaire, on se donne une approximation cinématique, le champ de vitesse est partitionné en composantes de modes I, II, III élastiques et plastiques, chaque composante étant caractérisée par un facteur d'intensité et une distribution spatiale fixe. Les calculs réalisés ont permis de sélectionner 7 trajets de chargement différents en mode I+II et en mode I+II+III, qui présentent les mêmes amplitudes pour chaque mode, les mêmes maxima, minima et valeurs moyennes. Ces trajets, censés être équivalents au sens des critères de rupture usuels, ne le sont pourtant pas lorsqu'on considère le comportement élasto-plastique du matériau et conduisent à des vitesses et des trajets de fissuration expérimentaux très différents les uns des autres. Les simulations numériques et la modélisation simplifiée sont en accord avec les résultats expérimentaux. Les calculs réalisés ont également permis de discuter le rôle des phases de chargement en mode III sur la fissuration. Le comportement du matériau étant non-linéaire, la direction du chargement nominal ne coïncide pas nécessairement avec celle de l'écoulement plastique. Ajouter une phase de chargement en mode III peut, dans certains cas, modifier très significativement le comportement de la fissure (direction de propagation, vitesse de fissuration, écoulement plastique).

L'enjeu de cette thèse était de proposer un modèle de prévision de la fissuration (trajet et vitesse) par fatigue sous chargement complexe, afin de définir les pas d'inspection de structures industrielles. Dans le cas des métaux, il est reconnu que la plasticité au voisinage de l'extrémité de la fissure a des effets majeurs sur la vitesse et la direction de fissuration. La simulation par éléments finis non-linéaire permet de comprendre et de modéliser ces effets, mais le traitement de problèmes industriels par cette méthode (fissures tridimensionnelles se propageant pendant plusieurs millions de cycles en non-linéaire) reste toujours hors de portée. Pour réduire les temps de calcul, une démarche de changement d'échelle a été mise en place, afin d'identifier un modèle de comportement élasto-plastique en mode mixte non-proportionnel, non pas local, mais relatif à la région en pointe de fissure. Ce modèle, qui condense tous les effets liés à la plasticité confinée en pointe de fissure, peut alors être utilisé dans un calcul de structure linéaire pour simuler la fissuration par fatigue en mode mixte, à amplitude variable, sous des millions de cycles en quelques minutes. La méthode et les hypothèses de changement d'échelle, d'abord appliquées à des simulations numériques, ont ensuite été validées expérimentalement sur des éprouvettes cruciformes fissurées en s'appuyant sur la mesure optique du champ de déplacement à l'extrémité de la fissure. Enfin, une campagne d'essais, visant à caractériser le comportement en fissuration de l'acier S355NL en fatigue, a été réalisée. Les résultats expérimentaux et de simulation sont en bon accord en mode I et en mode mixte.

Lors de leur construction, les structures massives (ex. les enceintes de confinement des centrales nucléaires) sont soumises à des déformations dues à l'hydratation du béton. En effet, d'une part la réaction chimique du ciment avec l'eau est exothermique et thermo activée, ce qui induit des déformations de dilatation puis de contraction. D'autre part une dépression capillaire étant créée par la consommation d'eau due à l'hydratation du ciment, des déformations de contraction se produisent. Lorsqu'elles sont empêchées par la partie de la structure déjà construite, ces déformations volumiques induisent des contraintes de compression puis de traction pouvant causer une fissuration traversante augmentant alors sensiblement la perméabilité du béton. Mon travail de thèse a consisté à caractériser le comportement au jeune âge du matériau que l'on utilise (basé sur la formulation utilisée lors de la construction d'une enceinte) puis à mettre au point un essai permettant d'étudier la fissuration d'une éprouvette de béton soumise à des déformations empêchées lors de son durcissement. Ce nouvel essai est en fait une évolution de l'essai à l'anneau de retrait gêné permettant de prendre également en compte les déformations d'origine thermique. Les essais de caractérisation concernent essentiellement, d'un point de vue macroscopique, le retrait (endogène et thermique), le fluage (propre et thermique transitoire) et l'évolution des caractéristiques mécaniques (résistance à la compression, à la traction et module d'élasticité). La campagne d'essais réalisée avec ce nouveau dispositif, appelé essai à l'anneau thermique actif, et l'analyse numérique de ces essais par des simulations aux éléments finis (basées sur un modèle viscoélastique endommageable introduisant un couplage entre le fluage et l'endommagement) a permis d'évaluer ce couplage, d'identifier la diminution de résistance en traction due à une reprise de bétonnage et de quantifier l'effet des armatures sur le comportement du béton. Des mesures de transfert d'air sec à travers une éprouvette fissurée ont également été réalisées sur ce dispositif. Finalement, des simulations numériques d'ouvrages massifs ont mis en exergue l'influence des conditions de restriction du retrait sur le faciès d'endommagement et l'influence du couplage fluage fissuration sur le calcul des ouvertures de fissures.

Ces travaux sont consacrés à l'étude des mécanismes prépondérants pouvant intervenir dans l'endommagement en fretting-fatigue pour des alliages Al-Cu-Li. Afin d'apporter des réponses, une importante étude expérimentale a été menée en 3 sections distinctes : comportement en fatigue avec concentration de contrainte dans la pièce; résistance à l'endommagement en fretting; essais de fretting-fatigue. Un effort particulier est réalisé pour déterminer l'influence de la microstructure sur ces différents mécanismes. Dans les conditions testées en fatigue, les matériaux étudiés présentent des durées de vies similaires alors que les chemins de fissuration diffèrent aussi bien au niveau macroscopique que microscopique. L'analyse EBSD de zones fissurées met en lumière l'importance de la texture pour les alliages à l'état UA à la différence de ceux à l'état T8. L'état de précipitation est cependant le facteur le plus important contrôlant la morphologie de la fissure. Contrairement à la littérature, cette étude montre que les mécanismes de fretting ne sont pas indépendants de la microstructure. En effet, pour des conditions testées identiques, les alliages à l'état UA présentent un meilleur comportement à la fissuration que ceux à l'état T8. Deux techniques d'analyses 3D ont été utilisées afin de mettre en évidence l'effet de la microstructure. L'analyse des faciès de rupture des éprouvettes de fretting-fatigue a permis de décomposer le mécanisme d'endommagement en trois étapes: amorçage en fretting, propagation sous dominance mixte de la sollicitation de fretting et de fatigue, puis propagation uniquement contrôlée par la fatigue jusqu'à rupture brutale de l'échantillon.

L'évolution des propriétés d'adhérence dépend de la nature de l'adhésion entre le mortier et son support, mais également des conditions environnementales auxquelles l'ouvrage est exposé. Les mortiers de façade sont intrinsèquement soumis au séchage. Ce phénomène tend a priori à réduire la résistance du lien entre les matériaux par la limitation du développement de l'adhésion et par la création de contraintes de traction et de cisaillement.Ces dernières peuvent conduire à la fissuration voire à la désolidarisation du mortier.L'objectif de cette thèse est de comprendre les phénomènes initiateurs de cette fissuration et d'évaluer son impact sur l'adhérence. Le couplage entre hydratation et séchage, le dosage en éther de cellulose et la rugosité du support sont les principaux paramètres étudiés. Les dispositifs expérimentaux développés au cours de ces travaux mises en place révèlent que ces trois paramètres influencent significativement la fissuration des mortiers. Aucun lien clair n'a cependant pu être mis en évidence entre fissuration et adhérence.

La fissuration à chaud est un défaut majeur intervenant en fin de solidification d'alliages métalliques, lorsque le matériau est encore à l'état semi solide. L'objectif de cette thèse est d'apporter une contribution à la prévision de ce phénomène. Pour cela il est nécessaire de caractériser la déformabilité de la phase solide d'un matériau à l'état semi solide et d'apporter des informations au niveau local sur la microstructure lors de sa déformation (fractions de liquide et de pores, épaisseur de films de liquide, vitesses d'écoulement du liquide, indice de coalescence des pores...). Le comportement macroscopique de la phase solide sur la ligne de solidus a été déterminé et validé par des essais de compression à chaud. Cette loi de comportement a également été comparée avec plusieurs modèles analytiques. La différence de comportement mécanique entre une microstructure de composition homogène et une microstructure à gradient de composition a été mise en évidence. Des informations microscopiques en temps réel sur des échantillons à l'état semi solide soumis à un effort de traction ont été obtenues par microtomographie in situ standard en conditions isothermes et en solidification. Un modèle analytique prédictif de la fissuration à chaud a été modifié pour mieux rendre compte des valeurs expérimentales. Pour gagner en résolutions temporelle et spatiale, un dispositif de traction destiné à l'utilisation de la microtomographie in situ rapide ou ultra rapide a été conçu et réalisé. Les essais en conditions isothermes et en solidification sont désormais reproductibles sur une microstructure obtenue par refusion. Des phénomènes rapides au sein d'une microstructure très fine sont maintenant observables.

Le projet français de stockage des déchets nucléaires, géré par l’Andra, nécessite la récolte de données expérimentales sur la durabilité des bétons de référence. Dans cette étude, les sollicitations prises en compte sont les processus de désaturation/resaturation, la charge thermique et l’évolution mécanique. Ainsi l’analyse porte ainsi sur le couplage thermo-hydro-mécanique des bétons de référence de l’Andra, fabriqués à base de ciment CEM I et CEM V/A. L’état de saturation en eau et les retraits des matériaux, soumis à la dessiccation ou à la resaturation, sont conditionnés par les différentes conditions thermiques et hydriques imposées, ainsi que de leurs caractéristiques microstructurales. Par ailleurs, l’étude de l’évolution mécanique est approfondie à 20°C en fonction de l’état de saturation en eau. A court terme, différents essais ponctuels mettent en évidence un endommagement hydrique qui conditionne le comportement mécanique. A long terme, l’étude du fluage sous dessiccation révèle le couplage existant entre la durabilité, l’évolution mécanique des matériaux et la dessiccation / The French project of the storage of nuclear wastes, which is managed by the Andra, needs some experimental data on the durability of the concrete. Loadings which are taken into account are the desaturation/resaturation processes, the heat load and the mechanical evolution. Hence this study focuses on the coupling thermo-hydro-mechanical on concretes of the research program of Andra, made with CEM I and CEM V/A cement type. The water saturation degree and shrinkages of materials, which are subjected to desiccation or resaturation, are dependent on the imposed thermal and hydrous conditions and on their microstructural characteristics. Moreover the study of the mechanical evolution is gone further at 20°C in function of the water saturation degree. Different short-term tests highlight a hydrous damage, which determine the mechanical behaviour. The long-term study of desiccation creep shows the coupling between the durability, the mechanical evolution and the desiccation

L’occurrence en service commercial de fissures macroscopiques dans certains disques de frein TGV a pu être reliée au type de garniture utilisé. L’objectif de cette thèse est de comprendre cette relation, d’identifier les paramètres d’influence et de proposer des voies d’amélioration pour la conception de garnitures à risque de fissuration réduit. Le comportement thermique de quatre couples disque-garnitures est d’abord analysé par le biais d’une campagne expérimentale de freinage originale. Elle met en évidence différents types de localisations thermiques et permet d’identifier des signatures thermiques caractéristiques des garnitures. Le lien entre localisations thermiques et risques de fissuration est ensuite établi à l’aide d’une modélisation thermomécanique. Des indicateurs tenant compte des caractéristiques spatiales et temporelles des localisations thermiques ainsi que des niveaux de température atteints sont proposés. Ils permettent de classer les garnitures testées dans un graphe de « criticité ». Enfin, une étude d’influence des caractéristiques mécaniques et thermiques des garnitures sur les localisations engendrées permet de dégager des préconisations et des voies d’amélioration pour la conception de nouvelles garnitures. La caractérisation expérimentale du comportement de deux nouvelles garnitures, l’une s’approchant le plus des préconisations faites, l’autre s’en éloignant fortement, montre la pertinence de l’approche développée et la validité des préconisations / The occurrence of macroscopic cracks in some TGV brake discs in commercial service has been linked to the pad type used. The objective of this thesis is to understand this relationship, to identify sensitive parameters and to propose guidelines to the design of pads reducing the risk of cracking.The thermal behavior of four disc-pad couples is first analyzed through an original experimental campaign of braking. It highlights various types of thermal localisations and enables to identify thermal signatures characteristic of the various pads. The relationship between thermal localisation and risk of cracking is then determined using thermomechanical modeling. Some indicators taking into account spatial and temporal characteristics of thermal localisations and temperature levels achieved are proposed. They enable to classify the tested pads in a graph of "criticity". Finally, a study of the influence of mechanical and thermal properties of pads on the thermal localisations occurrence enables to propose guidelines and improving ways for the design of new pads. An experimental characterization of the behavior of two new pads, one very close to the given recommendations, the other strongly away from them, shows the relevance of the approach and the validity of the present recommendations