L'industrie aéronautique utilise des matériaux toujours plus performants pour ses avions et systèmes spatiaux. Ainsi, pour réaliser les communications, les avionneurs souhaiteraient aller vers une réelle intégration des structures antennaires à la structure de l'avion et donc de passer de la structure antennaire vue comme équipement embarqué à la structure antennaire devenue équipement intégré. Notre travail de thèse se situe dans le cadre du projet MSIE (Matériaux et Structures Intelligentes pour l'Electromagnétisme). L'objectif de ce projet est de répondre aux demandes du secteur aéronautique, en évaluant le concept de nouveaux matériaux susceptibles de permettre la réalisation de structures antennaires conformées, compactes et reconfigurables. Cette adaptabilité suppose que ces structures soient reconfigurables et donc capables, une fois munies de capteurs/actionneurs, de réaliser un contrôle actif de la directivité, du rendement et du gain des structures antennaires. Il est alors apparu nécessaire d'adjoindre à ces futures structures, une fonction de Contrôle santé ou Structural Health Monitoring "SHM", de manière à pouvoir détecter d'éventuels endommagements (impact, délaminage entre le réseau d'antennes et la structure composite, rupture des fibres, etc....) susceptibles de se produire au cours du vol ou au cours du vieillissement de la structure. C'est dans le développement de la fonction SHM que s'inscrit ce travail de thèse. A cet effet, nous avons réalisé des dispositifs expérimentaux en tenant compte des demandes de l'industriel. Ces dispositifs comportent des structures composites antennaires munies de capteurs et d'actionneurs piézoélectriques. A travers les informations transmises par les capteurs, nous avons développé deux méthodes de détection de l'endommagement à base d'Analyse en Composantes Principales (ACP) et d'Analyse en Composantes Indépendantes (ACI). Ces deux méthodes sont des approches statistiques qui ne nécessitent pas la connaissance du modèle mécanique de la structure à surveiller. Il s'agit de méthodes traitant des observations vectorielles (multivariées) transmises par les capteurs piézoélectriques, afin d'en extraire des caractéristiques de fonctionnement de la structure à l'état sain et de la structure dans un état inconnu. La comparaison entre ces caractéristiques nous a permis de calculer pour chacune des deux méthodes, un résidu indicateur d'endommagement. Nous avons complété ce résidu par une robustification de la prise de décision et cela par le calcul d'une borne, au-delà de laquelle l'endommagement est détecté.

Dans le cadre de cette thèse, on étudie le comportement mécanique de panneaux sandwich métalliques avec une âme à architecture gaufrée. Ces structures fournissent une alternative économiquement avantageuse aux nids d'abeilles hexagonaux car leur production de masse est réalisable par emboutissage progressif de tôles planes. Les différentes géométries possibles de la structure gaufrée sont limitées par des risques de rupture lors de la fabrication. Ainsi, l'étude de l'optimisation de la capacité portante des panneaux sandwich à âme gaufrée est contrainte par la rupture ductile du matériau de base. Le choix d'un modèle de rupture ductile approprié pour prédire le comportement à rupture du matériau de base joue donc un rôle central dans cette recherche. La première partie de cette thèse est entièrement consacrée aux évaluations expérimentale et numérique des capacités prédictives de deux versions du modèle de rupture de Mohr-Coulomb; l'une étant la version originale, l'autre intégrant un indicateur d'endommagement. En limitant notre attention aux contraintes planes induites par la traction uni-axiale et équi-biaxiale dans la tôle d'acier doux, on réalise des essais de rupture sur des éprouvettes entaillées et des essais de poinçonnement à l'aide d'un poinçon circulaire afin d'identifier les paramètres du modèle de rupture. Un test de Hasek et un essai d'emboutissage d'une structure gaufrée sont utilisés afin d'évaluer les capacités prédictives des deux modèles de rupture. Le modèle avec indicateur d'endommagement utilisant une fonction poids dépendant de l'état de contrainte prédit l'apparition de la rupture lors de l'essai d'emboutissage avec la meilleure précision. Dans la deuxième partie de cette thèse, pour l'étude de la fabrication de la structure gaufrée, on utilise le modèle de Mohr-Coulomb avec indicateur d'endommagement pour déterminer la profondeur d'emboutissage maximale en fonction de la géométrie de l'outil de mise en forme. Le comportement en grandes déformations est décrit par un modèle de plasticité quadratique avec écrouissage isotrope et une loi d'écoulement non associée. Des cartes de sensibilité aux principaux paramètres sont développées : rigidité au cisaillement de la partie cœur, résistance au cisaillement, résistance au délaminage et au flambement élastique des peaux en fonction de la géométrie de la structure cœur. Une méthode d'optimisation des performances des panneaux sandwich à âme gaufrée est développée pour les panneaux rectangulaires sur appuis simples soumis à un chargement latéral uniforme. Les résultats des expériences de flexion quatre points montrent que les panneaux sandwichs optimisés offrent des plus grandes résistance et rigidité (pour un moindre poids) que des panneaux avec une partie cœur en mousse de polyéthylène de haute densité. La dernière partie de cette thèse se concentre sur l'étude de la résistance à la perforation des panneaux sandwich métalliques à âme gaufrée. L'effet des paramètres décrivant la géométrie de la structure cœur et le l'influence du matériau constituant les peaux est étudié. On s'intéresse en particulier à un acier doux, un acier " dual-phase " DP780 et un acier martensitique à très haute résistance. Un nouveau modèle utilisant un indicateur d'endommagement avec une fonction poids basée sur le critère de Hosford est utilisé pour modéliser la réponse à la rupture de ces matériaux. Une étude paramétrique de la résistance à la perforation des panneaux sandwich pour différentes tailles de cellule élémentaire de la partie cœur est réalisée à l'aide d'un modèle éléments finis. La résistance à la perforation diminue avec la taille de la cellule et avec la hauteur de la partie cœur. Ainsi, le panneau sandwich le plus mince offre une résistance supérieure à la perforation. Des essais sont réalisés qui confirment ce résultat important.

Dans le cadre de la protection du bâti face au risque sismique, les techniques d'analyse simplifiées, basées sur des calculs quasi-statiques en poussée progressive, se sont fortement développées au cours des deux dernières décennies. Le travail de thèse a pour objectif d'optimiser une stratégie d'analyse simplifiée proposée par Chopra et al. (2001) et adoptée par les normes américaines FEMA 273. Il s'agit d'une analyse modale non linéaire découplée, dénommée par les auteurs UMRHA qui se caractérisent principalement par : des calculs de type pushover selon les modes de vibration dominants de la structure, la création de modèles à un degré de liberté non linéaire à partir des courbes de pushover, puis le calcul de la réponse temporelle de la structure en recombinant les réponses temporelles associées à chaque mode de vibration. Dans ce travail, la méthode UMRHA a été améliorée en investiguant les points suivants. Tout d'abord, plusieurs modèles à un degré de liberté non linéaire déduits des courbes de pushover modal sont proposés afin d'enrichir la méthode UMRHA originelle qui emploie un simple modèle élasto-plastique : autres modèles élasto-plastiques avec des courbes enveloppes différentes, le modèle de Takeda prenant en compte un comportement hystérétique propre aux structures sous séismes, et enfin, un modèle simplifié basé sur la dégradation de fréquence en fonction d'un indicateur de dommage. Ce dernier modèle à un degré de liberté privilégie la vision de la chute de fréquence au cours du processus d'endommagement de la structure par rapport à une description réaliste des boucles d'hystérésis. La réponse totale de la structure est obtenue en sommant les contributions non linéaires des modes dominants aux contributions linéaires des modes non dominants. Enfin, la dégradation des déformées modales, due à l'endommagement subi par la structure au cours de la sollicitation sismique, est prise en compte dans la méthode M-UMRHA proposée dans ce travail, en généralisant le concept précédent de dégradation des fréquences modales en fonction d'un indicateur de dommage : la déformée modale devient elle-aussi dépendante d'un indicateur de dommage, le déplacement maximum en tête de l'ouvrage ; l'évolution de la déformée modale en fonction de cet indicateur est directement identifiée à partir des calculs de pushover modal. La pertinence de la nouvelle méthode M-UMRHA est investiguée pour plusieurs types de structures, en adoptant des modélisations éprouvées dans le cadre de la simulation des structures sous séismes : portique en béton armé modélisé par des éléments multifibres pour le béton et les armatures, remplissage en maçonnerie avec des éléments barres diagonales résistant uniquement en compression, bâti existant contreventé (Hôtel de Ville de Grenoble) avec des approches coques multicouches. Les résultats obtenus par la méthode simplifiée proposée sont comparés aux résultats de référence issus de l'analyse temporelle non linéaire dynamique.