L'effet du temps sur le comportement mécanique du matériau bois est déterminant aussi bien dans l'étude biomécanique de des arbres, que dans la réponse des structures bois ou encore dans l'optimisation des procédé de transformation et de conservation de ce matériau.Du fait de la nature polymérique de ses constituants, le bois présente une viscoélasticité fortement dépendante de l'humidité et de la température de l'environnement. Une variation de la teneur en eau sous chargement mécanique a pour effet d'accroître le fluage ou la relaxation, connu sous le nom d'effet mécanosorptif. Les phénomènes mécanosorptifs sont généralement considérés comme indépendants du temps. Toutefois, les contributions du temps et des variations de teneur en eau sont délicates à séparer.Une approche phénoménologique expérimentale a été mis en oeuvre à partir d'essais de fluage à long terme pour décrire la cinétique d'évolution longitudinale d'origine viscoélastique et l'extrapoler au moyen de modèles paraboliques. Les résultats obtenus ont permit d'évaluer un niveau limite de complaisance pour des temps infinis. Les effets mécanosorptifs ont pu être comparés à cette description viscoélastique semblant mettre en évidence des phénomènes irréversibles.La compréhension des mécanismes en jeu lors de ces processus complexes à fait l'objet d'une étude particulière du comportement in-situ de la cellulose par des expérimentations de diffraction de rayons X. Ce travail a montré un comportement de la cellulose cristalline se déformant proportionnellement à la déformation macroscopique jusqu'à l'application d'une valeur seuil pour laquelle la cellulose ne se déforme plus.Le travail réalisé vise à apporter des éléments fondamentaux pour améliorer la compréhension des mécanismes de déformation du bois, confronter les normes en vigueur dans son usage à long terme en structure (Eurocodes 5) et développer les lois de comportement mécaniques macroscopiques. / The effect of time on mechanical behaviour of wood is decisive for biomechanical study of trees as well as response of timber structures or improvement of transformation process and preservation of this material.Originating from the polymeric nature of its constituents, wood presents a viscoelastic behaviour highly dependent on humidity and temperature of the environment. A moisture content change combined with mechanical loading creates an increase of creep or relaxation, known as mechanosorptive effect. Mechanosorptive effects are usually considered as time-independent. However the contributions of time and moisture content change are delicate to separate.An experimental phenomenological approach has been implemented based on long term creep test to describe longitudinal viscoelastic kinetics of evolution and extrapolate using parabolic models. The results obtained allow to quantify a finite value of compliance to infinite time. Mechanosorptive effects have been compared to this viscoelastic description and figure out irreversible phenomena.To understand the underlying mechanisms a specific analysis of in-situ cellulose behaviour by X-ray diffraction experiments has been conducted. The behaviour of crystalline cellulose reveals a proportional relation to macroscopic strain until a limit value is reached where the cellulose does not deform any more.The work performed aims at gathering fundamental elements for a better understanding of deformation mechanisms of wood, setting actual standards against the long term creep prediction of timber (Eurocode 5) and developping constitutive equations of wood.

La mixité bois-béton est une solution intéressante dans le domaine des ouvrages d'art pour la réalisation de ponts, et dans le domaine du bâtiment dans la confection de planchers mixtes bois-béton. Le laboratoire Navier travaille depuis plusieurs années au développement du procédé par collage appliqué aux structures mixtes bois-béton. En effet, cette technique d'assemblage permet d'assurer une connexion quasi-parfaite entre le bois et le béton, contrairement aux techniques d'assemblage usuelles (connecteurs métalliques). Des travaux antérieurs ont montré la bonne performance de structures mixtes collées bois-béton du point de vue de leur tenue mécanique en fatigue. Cependant la connexion par collage nécessite une étude complémentaire concernant la durabilité de l'assemblage collé bois-béton, en particulier lorsque la structure mixte est soumise à des conditions hygrométriques variables. Les travaux menés pendant la thèse ont pour objectifs de déterminer les facteurs qui influent sur la tenue de ces assemblages collés sous chargement hydrique ; ils se divisent en 3 parties :-Deux parties expérimentales :(1)Des tests de cisaillement « Push-Out », en collaboration avec le Laboratoire Départemental d'Autun, ont permis d'évaluer l'effet des propriétés élastiques de l'adhésif sur la tenue en cisaillement de l'assemblage. L'objet de cette étude expérimentale est de valider un choix de colle pour ce type d'assemblage, prenant en compte un vieillissement hydrique, en se basant sur la capacité maximale atteinte en cisaillement, et le mode de rupture de l'assemblage. (2)Parallèlement aux tests de cisaillement, l'effet de chargements hydriques sur la tenue d'assemblages collés bois-béton a été étudié. L'analyse du comportement hydrique de la structure a été réalisée par la technique de corrélation d'image (DIC) sur des assemblages bois-béton collé de petite taille. Ces mesures de déformations locales ont permis de localiser des zones d'endommagement liées notamment aux déformations hydriques du bois empêchées par l'interface collée. Les effets des propriétés élastiques de l'adhésif, de la géométrie du bois (notamment sa structure et le sens des cernes par rapport au plan de collage) ainsi que du comportement mécanique du matériau cimentaire ont été étudiés.- Une partie numérique :(3) Un modèle numérique par éléments finis a été validé en comparant les résultats numériques aux cartes de déformation obtenues expérimentalement. L'analyse numérique a permis de quantifier les contraintes induites au niveau de l'interface en relation avec les déformations hydriques empêchées par l'interface collée et de prévoir le comportement à l'échelle 1 de structures mixtes. Ces différentes investigations ont permis de proposer des solutions optimisant ce type de connexion et de définir des conditions de mise en œuvre et d'utilisation de ces assemblages / The wood-concrete composite is an interesting solution in the field of Civil Engineering to create high performance bending elements for bridge, as well as in the building construction for the design of wood-concrete floor systems. The Navier laboratory has been working for many years on the development of the bonding process as applied to wood-concrete composite structures. Contrary to conventional joining connectors (metal connectors), this assembling technique does ensure an almost perfect connection between wood and concrete. Previous work has already shown good performances of glued wood-concrete composite structures in terms of mechanical fatigue. However, the bonding connection requires additional research on the long-term behaviour of glued wood-concrete composites, especially when this structure is subjected to variable hygrometric conditions. The work undertaken during this thesis aims at determining the factors which induce damages on these glued wood-concrete assemblies under hygrometric loading; the research is divided into 3 parts:-Two experimental parts:(1)"Push-Out" shear tests conducted in collaboration with the Departmental Laboratory of Autun, were used to assess the effect of the elastic properties of the resin on the shear strength of the assembly. This experimental study aims at validating the adhesive of choice for this kind of connection, taking into account ageing under variable hygrometric conditions. Analysis is based on maximum shear capacity and on the failure mode of the assembly. (2)In addition to shear tests, the effect of hygrometric loading on the durability of glued wood concrete assemblies was examined. The analysis of the hydric behaviour of the structure was carried out by the digital image correlation (DIC) technique on small-sized glued wood-concrete assemblies. The measurements of the local deformations allowed us to locate areas of damage, particularly due to the hydric deformations of the wood prevented by the glued connection The effects of the elastic properties of the resin, the microstructure of the wood (including its structure and the direction of the annual rings) as well as the mechanical behaviour of the concrete material were examined.- A numerical part:(3) A numerical finite element model was validated by comparing the numerical results to the deformation maps experimentally obtained. Numerical analysis was used to quantify the stresses induced to the structure, in relation to hydric deformations prevented by glued connection. Moreover investigations at the full scale were conducted to evaluate the long-term behaviour under variable hygrometric conditions. These investigations were conducted in order to offer solutions aiming at optimizing this type of connection, and to define conditions for use of these glued assemblies

Les assemblages PoP pour « Package on Package » permettent d’augmenter fortement la densité d’intégration des circuits et systèmes microélectroniques, par superposition de plusieurs éléments semi-conducteurs actifs. Les interconnexions internes de ces systèmes sont alors soumises à des contraintes jamais atteintes. Nous avons pu identifier, caractériser, modéliser et simuler les mécanismes de défaillance potentiels propres à ces assemblages, et leur évolution : • Les gauchissements dans la phase d’assemblage du « PoP » et ses contraintes thermomécaniques sont plus importants que ceux de chacun des composants individuels. Un modèle analytique original a été construit et mis en ligne afin d’évaluer a priori ce gauchissement. • Les comportements hygroscopiques et hygromécaniques sont simulés et mesurés par une approche originale. L’assemblage « PoP » absorbe plus d’humidité que la somme des deux composants individuels, mais son gauchissement hygromécanique et ses contraintes hygromécaniques sont moins élevées. • Deux types d’essais de vieillissement accéléré sont réalisés pour étudier la fiabilité du « PoP » assemblé sur circuit imprimé : des cycles thermiques et des tests sous fort courant et température élevée. Dans ces deux types d’essais, l’assemblage d’un composant « top » sur un autre composant « bottom » pour former un PoP augmente les risques de défaillances. • L’évolution de la microstructure selon le type de vieillissement est comparée par des analyses physiques et physico-chimiques. Les fissures sont toujours situées dans l’interface substrat/billes, qui correspond aux zones critiques prédites par les simulations. / The assemblies PoP (Package on Package) can greatly increase the integration density of microelectronic circuits and systems, by vertically combining discrete semiconductor elements. The interconnections of these systems suffer the stresses never reached before. We were able to identify, characterize, model and simulate the potential failure mechanisms of these assemblies and their evolution: • The warpage in the assembly phase and thermomechanical stress of "PoP" are more serious than the individual components. An original analytical model has been built and put online for pre-estimating this warpage. • The hygroscopic and hygromechanical behaviors are simulated and measured by an original method. The assembly "PoP" absorbs more moisture than the sum of the individual components, but its hygromechanical warpage and stress are smaller. • Two types of accelerated aging tests are performed to study the reliability of "PoP" at the board level: the thermal cycling and the testing under current and temperature. In both types of tests, assembly a component "top" on another component "bottom" to form a “PoP” increases the risk of failure. • The microstructure evolution depending on the type of aging is compared by the physical and physico-chemical analysis. The cracks are always located in the interface substrate/balls, which corresponds to the critical areas predicted by the simulations.

Ce travail de thèse a été réalisé dans le cadre du projet de l'ANR DEMETHER lancé en 2011. L'objectif du projet était d'élaborer un matériau composite d'origine bio-sourcée pour l'isolation thermique des bâtiments existants. Ces biocomposites sont constitués de broyats de tiges de tournesol liés par une biomatrice à base de chitosane. Mon travail s'est concentré essentiellement sur la caractérisation et la modélisation des propriétés mécaniques des broyats et du biocomposite. La première phase du travail a permis de mettre en évidence l'influence de la zone de prélèvement des échantillons dans la tige ainsi que celle de l'humidité relative sur le module d'Young. Une approche statistique a également permis de prendre en considération le caractère diffus des tiges sur leurs propriétés mécaniques. Par la suite, un travail d'homogénéisation basé sur la morphologie et les caractéristiques des constituants de l'écorce a conduit à une estimation des propriétés élastiques globales de celle-ci. La deuxième phase du travail a permis de caractériser mécaniquement le biocomposite en compression par une méthode de mesures de champs sans contact développée au laboratoire. Le caractère hétérogène des champs de déformation a ainsi été directement relié aux constituants et au taux de chitosane. / This thesis was carried out within the framework of the project Demether started in 2011. The objective of this project is to develop a bio-based composite material for thermal insulation of existing buildings. These biocomposites consist of shredded sunflower stems linked by a chitosan-based biomatrix. My work is mainly focused on the characterization and the modeling of the mechanical properties of both the sunflower stem and the biocomposite. The first part of this work highlighted the influence of both the specimen sampling location and the conditioning relative humidity on the Young's modulus of sunflower stem. A statistical approach enabled us to take into account the diffuse nature of the stems on their mechanical properties. Thereafter, a homogenization work was carried out. It led to an estimate of the elastic property of the bark based on the morphology and the characteristics of the constituents. In the second phase of the work, the mechanical behavior of the biocomposite under compression was characterized by applying a full-field measurement technique. The heterogeneous nature of the deformation fields was directly linked to the constituents and the chitosan mass percentage of the biocomposite.