The present work extends the Parametric Formulation of the Finite-Volume Theory to the case of heterogeneous materials with time-dependent behavior. Such a theory has already proved to be an efficient alternative to the Finite Element Method in the modeling of linear elastic heterogeneous materials. Firstly, general expressions for linear viscoelasticity are considered, determining deferred strains with a State Variables formulation. Expressions for the basic rheological models are given, extended to 3D situations and set in an adequate matrix form. Temperature dependence is modeled using the time-temperature equivalence principle. Then, the Parametric Formulation of the Finite-Volume Theory is reviewed and extended including the consideration of viscoelastic deformations. Detailed matrix expressions for the incremental solution of linear thermoviscoelastic problems are given. The numerical results are verified with several examples using analytical solutions found in the literature or determined by using the Correspondence Principle. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O presente trabalho tem por objetivo expandir a formulação numérica denominada Formulação Paramétrica da Teoria de Volumes Finitos para o caso de materiais com comportamento dependente do tempo. Tal teoria tem demonstrado ser uma eficiente alternativa ao Método dos Elementos Finitos para a modelagem de materiais heterogêneos elásticos lineares. Primeiramente, expressões gerais da viscoelasticidade linear são apresentadas, empregando-se uma formulação baseada em Variáveis de Estado para determinação das deformações dependentes do tempo. Expressões para os modelos reológicos básicos são dadas, estendidas para situações tridimensionais e estabelecidas em adequada forma matricial. A influência da temperatura sobre as propriedades viscoelásticas é modelada através de um princípio de equivalência tempo-temperatura. Em seguida, a Formulação Paramétrica da Teoria de Volumes Finitos é revisada e estendida para incluir a consideração de deformações viscoelásticas. Expressões detalhadas para a solução incremental de problemas termoviscoelásticos lineares são apresentadas. Os resultados numéricos são verificados através de vários exemplos usando soluções analíticas disponíveis na literatura ou determinadas pelo uso do Princípio da Correspondência.

Dans la conception et la fabrication des structures, l'assemblage des composants est une étape cruciale en termes de durabilité et de fiabilité. Les techniques l'assemblage dites mécaniques telles que le boulonnage, le rivetage et le soudage entre autres, ont longtemps été celles traditionnelles. Toutefois, les avancées dans l'étude et l'analyse de la fissuration au sein des matériaux ont permis de mettre en évidence certains de leurs inconvénients en tant que cause de rupture de ces structures à travers les concentrations de contraintes localisées et/ou l'altération mécanique ou thermique des propriétés locales des pièces assemblées. Ainsi, des techniques alternatives tel que le collage structural ont été développées permettant de s'affranchir ou plutôt de réduire ces effets indésirables lors de l'assemblage, pour le peu que le processus soit bien maîtrisé. Parmi les avantages les plus connus, le collage permet d'une part une meilleure transmission et répartition des efforts à l'interface réduisant ainsi l'endommagement en fatigue et augmentant la durée de vie de l'assemblage, et d'autre part, de conserver l'intégrité des pièces à assembler. D'autres avantages proviennent également de la conception des adhésifs structuraux qui, après l'application de traitements physico-chimiques permettent d'ajouter des propriétés thermiques, acoustiques et d'étanchéité.Malgré ces avantages, le collage souffre d'une réputation de non fiabilité due aux manques d'outils de prédiction du comportement des joints collés. En effet, les paramètres qui influent sur le comportement de l'interface sont nombreux et sont souvent sources de variabilité sur la résistance du joint de colle. L'étude de cette ténacité des joints d'adhésif s'effectue grâce à des essais de fissuration selon différents modes de rupture qui cherchent à mesurer l'énergie de fissuration de l'assemblage. La connaissance de cette énergie permet d'être prédictif dans la plupart des cas sur la propagation des fissures pour le peu que nous soyons en mesure de décrire et de prédire le comportement de l'interface.D'un point de vue numérique, de nombreuses techniques et formulations de loi de comportement ont été proposées dans un souci de reproduire le comportement de l'interface au sein des assemblages. Parmi ces dernières, celle des lois de zone cohésive semble être une voie des plus prometteuses en terme de modélisation et de simulation des interfaces par son caractère local et discret. Parmi les avantages qu'elles procurent demeurent la prise en compte intrinsèque de l'endommagement et des phénoménologies du comportement du joint collé. En outre, de nombreuses études ont été entreprises pour identifier ces lois de zone cohésive en comparant des observations issues d'essais de fissuration et des sorties de modèle où elles sont utilisées. Cette identification se fait au moyen d'algorithmes itératifs de minimisation d'une fonction coût qui mesure la métrique entre observations et sorties de modèles. Toutefois, peu d'importance est attachée d'une part, aux sensibilités des techniques de mesure employées par rapport aux paramètres de loi de zone cohésive, et d'autre part, sur les incertitudes associées aux paramètres de loi de zone cohésive identifiés. À notre connaissance, aucun travail sur ces deux derniers aspects n'a été mené et constitue ainsi le principal propos de ce mémoire de thèse. [...] / In the design and manufacture of structures, assembly of components is a crucial step in terms of durability and reliability. Mechanical assembly techniques such as bolting, riveting and welding, among others, have long been traditional. However, advances in the study and analysis of cracks within materials have made it possible to highlight some of their disadvantages as a cause of rupture of these structures through localized stress concentrations and / Mechanical or thermal alteration of the local properties of the assembled parts. Thus, alternative techniques such as structural bonding have been developed which make it possible to eliminate or rather reduce these undesirable effects during assembly, for the little that the process is well controlled. Among the best known advantages, bonding allows, on the one hand, a better transmission and distribution of forces at the interface, thus reducing fatigue damage and increasing the service life of the assembly and, on the other hand, maintain the integrity of the parts to be assembled. Other advantages also arise from the design of structural adhesives which, after the application of physicochemical treatments, make it possible to add thermal, acoustic and sealing properties.Despite these advantages, bonding suffers from a reputation for unreliability due to the lack of tools for predicting the behavior of bonded joints. Indeed, the parameters which influence the interface behavior are numerous and are often sources of variability on the strength of the bonded joint. The study of this toughness of the adhesive joints is carried out by means of crack tests according to different modes of fracture which seek to measure the assembly crack energy. The knowledge of this energy makes it possible to be predictive in most cases on cracks propagation for the little that we are able to describe and predict the interface behavior.From a numerical point of view, numerous techniques and formulations of interface law have been proposed in order to reproduce the interface behavior within the assemblies. Among the latter, that of the cohesive zone laws seems to be one of the most promising ways in terms of modeling and simulation of the interfaces by its local and discrete character. Among the advantages that they provide are the intrinsic consideration of damage and behavior phenomenologies of bonded joint. In addition, numerous studies have been undertaken to identify these cohesive zone laws by comparing observations from crack tests and model outputs where they are used. This identification is done by means of iterative minimization algorithms of a cost function which measures the metric between observations and models outputs. However, little importance is attached, on the one hand, to the sensitivities of the measurement techniques used in relation to the cohesive zone law parameters and, on the other hand, to the uncertainties associated with the identified cohesive zone law parameters. To our knowledge, no work on these two aspects has been conducted and is thus the main purpose of this thesis. [...]

La prédiction du comportement à long terme des matériaux cimentaires est un enjeu majeur pour contribuer à l'étude de la durabilité des structures précontraintes. Le présent travail porte sur l'utilisation de la méthode de l'inclusion équivalente, approche d'homogénéisation multi-échelle simplifiée, pour la prédiction du fluage dans ces matériaux. Le fluage est modélisé par la viscoélasticité linéaire sans vieillissement. La méthode de l'inclusion équivalente permet de contourner certaines difficultés et limitations que présentent les approches classiques. Pour les matériaux cimentaires, fortement hétérogènes, les approches multiéchelles classiques sont ou bien numériquement lourdes et très complexes à mettre en œuvre, ou bien pas suffisamment détaillées pour prendre en compte les spécificités d'une microstructure. La méthode de l'inclusion équivalente présente un juste-milieu et permet de calculer des microstructures simplifiées de type matrice-inclusions et de fournir des estimations ou des bornes sur le comportement homogénéisé. Sous sa forme variationnelle, la méthode de l'inclusion équivalente n'a jusqu'alors été mise en œuvre que pour des inclusions de forme sphérique. Le présent travail propose d'étendre cette méthode à des inclusions de forme ellipsoïdale dont la variation de l'élancement permet de modéliser de nouveaux éléments asphériques tels que les fissures, les fibres et les cristaux de portlandite. Cette complexification de la géométrie a un impact sur le temps de calcul, qui est amplifié dans le cadre du fluage. Le second volet du travail porte alors sur l'extension de la méthode de l'inclusion équivalente à la viscoélasticité linéaire sans vieillissement par l'intermédiaire de la transformée de Laplace-Carson. Une méthodologie efficace (tant du point de vue de la précision que de celui du temps de calcul) est finalement proposée pour effectuer l'inversion numérique de cette transformée / The prediction of long-term behaviour of cementitious materials is a major concern which contributs to the study of the durability of prestressed structures. This work focuses on the use of the equivalent inclusion method, simplified multi-scale homogenization approach, for the prediction of creep in these materials. Creep is modelled by the non-ageing linear viscoelasticity. The equivalent inclusion method overcomes certain difficulties and limitations posed by conventional approaches. For cementitious materials (highly heterogeneous), conventional multi-scale approaches are, either digitally heavy and complex to implement, or not sufficiently detailed to take into account the specificities of a microstructure. The equivalent inclusion method presents a middle way and allows the calculation of simplified matrix-inclusion type microstructures and to provide estimates or bounds on the homogenized behaviour.Under its variational form, the equivalent inclusion method has, up to now, been implemented only for spherical inclusions. This work proposes to extend this method to ellipsoidal inclusions whose variation of slenderness allows the modelling of new aspheric elements such as cracks, fibers and portlandite crystals. Such enrichment of the geometry has an impact on the computation time, that is amplified in the context of creep. The second aspect of the work then applies to the extension of the equivalent inclusion method to the non-ageing linear viscoelasticity by means of the Laplace-Carson transform. An effective methodology (both from the viewpoint of precision and calculation time) is finally proposed to perform the numerical inversion of this transform

This work analyzes partial slip contact problems in the theory of linear viscoelasticity using both the semi-analytical method and nite element method. Such problems arise in metal-polymer contacts in orthopedic implants and similar applications. The boundary conditions of such problems are inherently mixed and vary with time, thus restricting the use of classical correspondence principle, which have been the basic approach for most of the solved problems in viscoelasticity. In the present semi-analytical approach, the governing equations for the vis-coelastic partial-slip contact are formulated as a pair of coupled Singular Integral Equations (SIEs) for a pin-plate geometry using the viscoelastic analogues of Green's functions. The formulation is entirely in the time-domain, avoiding Laplace transforms. Both Coulomb and hysteretic e ects are considered, and arbitrary load histories, including the bidirectional pin loads and remote plate stresses, are allowed. Moreover, the contact patch is allowed to advance and recede with no restrictions. The presence of viscoelastic behavior necessitates the application of the stick zone boundary condition in convolved form, and also introduces additional convolved gap terms in the governing equations, which are not present in the elastic case. Transient, as well as steady-state contact tractions, are obtained under load-hold, unload-hold, unload-reload, cyclic bidirectional (fretting) and remote plate loading for a three-element delayed elastic solid. A wide range of loads, loading rates, friction coeficients and the conforming nature of the contact are considered. The contact size, stick-zone size, indenter approach, maximum pressure, Coulomb energy dissipation are tracked during fretting. The edge-of-contact stresses and the subsurface stresses for the viscoelastic plate due to the contact tractions are determined by solving an equivalent traction boundary value problem. It is found that the viscoelastic fretting contact tractions for materials with delayed elastic nature shakedown just like their elastic counterparts. However, the number of cycles to attain shakedown states is strongly dependent on the ratio of the load cycle time to the relaxation time constant of the viscoelastic material. In monotonic load-hold case, the viscoelastic steady-state tractions agree well with the tractions from an equivalent elastic analysis using the shear modulus at infinite time. Whereas, the viscoelastic fretting tractions in shakedown differ considerably from their elastic counterparts. This is due to the fact that the contact patch does not increase monotonically in fretting-type(cyclic) loading. Hence, an approximate elastic analysis misleads to an incorrect edge-of-contact stresses. During fretting, the edge-of-contact hoop stress also shakedown and reaches its peak value at the trailing edge-of-contact when the horizontal pin load reaches its maximum. Moreover, the peak tensile of the edge-of-contact hoop stress increases with the increase in the Coulomb friction coefficient. In cyclic loading, Coulomb dissipation in a cycle at steady-state is almost independent of the rate at which the load is cycled. However, the viscous energy dissipated in a cycle is a strong function of the ratio of the load cycle time to the relaxation time constant. The steady-state cyclic hysteretic energy dissipation typically dominates the cyclic Coulomb dissipation, with a more pronounced difference at slower load cycling. However, despite this, it is essential to model an accurate viscoelastic fretting contacts including the effects of both viscous and Coulomb friction dissipation to obtain accurate contact stresses. A 12-element generalized Maxwell solid with long time scales representing a well characterized viscoelastic material like PMMA is also studied. The material chosen is of slowly relaxing nature and the ratio of the instantaneous shear modulus(G0) to the modulus at the infinite time(G1) is almost equal to 1000. In such cases, the material is effectively always in a transient state, with no steady edge-of-contact. As a consequence, the location of the peak hoop stress keeps on shifting when the load cycle is repeated. Interestingly, the rate at which the viscoelastic material relaxes affects the contact tractions. It is observed that the rapidly relaxing materials show qualitatively different tractions in the partial slip, with local traction spikes close to the edges-of-contact and concomitant high-stress gradients. On the other hand, finite element method is also used to analyze the partial slip viscoelastic contacts. In FEA, the pin-plate geometry is modeled using a custom mesh maker, where a 2D-continuum plane strain element is used for the plate and rigid element for the pin. The technique uses 'ABAQUS Standard' solver to solve the contact problem. Finite element analysis for a wide range of loads comparable with the SIE technique is performed. The tractions and contact sizes for various load cases such as unload-reload, fretting-type cyclic loads from both SIE and FEA agrees well. In certain conditions, there exist multiple contact arcs or stick zones that are currently difficult to solve with SIE's. However, such problems are treated using FEA and one such problem is illustrated.

L’industrie pétrolière s’intéresse aujourd’hui à la possibilité de remplacer certaines brasures par des joints adhésifs rendus conducteurs par leur fort taux de charges conductrices dans les outils électroniques. Ces outils évoluent aujourd’hui à des hauts niveaux de température et de pression pendant leur vie en service. L’utilisation de joints adhésifs pose donc automatiquement la question de leur fiabilité à long terme. L’étude de leur tenue en fatigue, et de l’influence du vieillissement sur cette tenue en fatigue devient nécessaire pour le déploiement final de ces joints. Cette thèse se propose de répondre à une double question : la prédiction de la durée de vie de deux colles commerciales dans les outils électroniques et l’influence du vieillissement de ces colles sur cette prédiction. Deux vieillissements différents ont été mis en œuvre : un vieillissement à l’air libre et un vieillissement inerte (sous argon) confiné.Dans un premier temps, une caractérisation expérimentale du comportement viscoélastique des colles a été menée. Elle met en particulier l’accent sur les non-linéarités induites par les deux paramètres de chargements retenus que sont le cisaillement et la pression hydrostatique.Dans un deuxième temps, une étude plus fine de la microstructure a été effectuée numériquement. Une série d’hypothèses de modélisation a été faite. Les résultats de ces calculs - plutôt qualitatifs - permettent de dégager les tendances sur l’influence de la présence des charges conductrices sur la réponse macroscopique du joint adhésif.Enfin, la tenue en fatigue des joints et sa dépendance à leur vieillissement a été abordée expérimentalement. L’influence de l’atmosphère et du confinement pendant le vieillissement sur l’évolution de la tenue en fatigue a été mise en évidence pour les deux colles étudiées dans cette thèse. Les résultats obtenus ont permis de proposer des lois de fatigue dont certains paramètres dépendent du vieillissement. / The substitution of soldering by electrically conductive adhesive bonding in electronic assemblies is of growing interest in the oil-and-gas industry. These electronic assemblies should nowadays work at high temperature and pressure levels during their service lives. The question of the long-term reliability of adhesive bonding becomes in this context a critical issue. The study of the fatigue strength of adhesive joints as well as the influence of ageing on this strength is therefore crucial for the final deployment of adhesive bonding. This work aims at addressing this fatigue lifetime prediction for two different commercial adhesives in electronic tools, and studying the influence of ageing on the lifetime prediction. Two types of ageing were implemented: an open-air ageing and a confined inert ageing (under Argon).An experimental characterization of the viscoelastic behavior of the two adhesive joints was first carried out. In particular, the non-linearities due to each of the loading parameter (simple shear and hydrostatic pressure) were highlighted and modeled.The microstructural heterogeneity brought by the metallic conductive fillers was then numerically studied. The numerical model introduces several approximations that make the results qualitative, but they highlight the influence of the fillers on the global macroscopic behavior of the adhesive joint.The question of the fatigue strength of adhesive joints and its evolution with ageing is finally experimentally addressed. The influence of the atmosphere and confinement of ageing on the lifetime prediction is clearly noticed for the two joints studied in this work. Fatigue criteria with some of the parameters evolving this ageing are proposed to fit the results experimentally obtained.

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Ce travail porte sur l'étude des comportements en flexion à court et long termes des poutres hybrides collées constituées d'un profilé pultrudé GFRP et d'une dalle en béton, assemblés par un joint de colle époxy. L'utilisation du collage dans des structures réelles se heurte encore à la réticence des concepteurs en raison du manque de garanties sur la durabilité à long terme et de l'absence d'outils de modélisation donnant la durée de vie en service des assemblages collés. La présente étude constitue donc un jalon dans cette démarche de compréhension du comportement à long terme de ces structures collées. Elle s'appuie sur analyse multi-échelles qui permet d'aborder le problème à l'échelle locale de l'interface (essai pushout) et à l'échelle globale de l'élément de structure (essai de flexion sur des poutres). Des essais de vieillissement accéléré ont tout d'abord été conduits pour étudier les effets de l'humidité et de la température sur l'adhésif seul et sur l'assemblage structural et il en ressort que l'eau, et notamment une immersion prolongée, s'avère particulièrement néfaste à la résistance au cisaillement des éprouvettes et modifie leur mode de ruine. La réponse instantanée de l'assemblage pultrudé-béton a ensuite été plus amplement étudiée. Grâce à une étude paramétrique expérimentale, une géométrie et une méthode de fabrication des éprouvettes ont été définies pour assurer la reproductibilité des résultats et limiter leur dispersion. De plus, un modèle numérique 3D a été développé dans le code d'éléments finis Cast3m et montre une distribution de contraintes, notamment de cisaillement, non uniforme le long de la surface de collage avec une concentration aux extrémités du joint. Une analyse paramétrique numérique a permis d'identifier les dimensions des dallettes et du joint de colle comme des paramètres influents sur la résistance des éprouvettes. Enfin, le comportement en fluage d'une poutre hybride est étudié. Sous l'effet d'un vieillissement naturel, seul, le joint d'adhésif ne s'avère pas impacté. Des essais de fluage en flexion 3-points ont été effectués pour étudier les réponses à long terme du profilé seul et de la poutre hybride. Ils montrent une augmentation considérable du déplacement des poutres en raison du fluage et du retrait du béton et du fluage du profilé. Des modèles 3D en variables locales, dans le cadre de la viscoélasticité linéaire, sont développés dans Cast3m et permettent de fidèlement restituer l'évolution des déplacements et des états de déformation au cours du temps pour les différentes poutres testée / This dissertation focuses on the short- and long-term responses of bonded hybrid beams consisting of a GFRP-pultruded profile bonded by an epoxy adhesive joint to a reinforced concrete-slab. The problems related to the durability and the long-term response of these structures still represent an open issue. The present study is meant to increase the knowledge and understanding of these hybrid structures in this context. Firstly, different accelerated ageing tests were carried out to evaluate the effects of some environmental agents such as water, moisture and freeze thaw cycles in the behaviour of GFRP/concrete bonded assemblies. Mechanical characterizations were carried out on control and exposed of both materials and push-out specimens to quantify the degradation and damage of the mechanical resistance of each material and of the adhesive bond properties. The water effect on the adhesion of the joints was found to be significant, especially at longer immersion times. The second part was directed at characterizing the push-out test. An experimental parametric study was performed to elaborate a methodology of fabrication of the push-out specimens that can reduce the dispersion of results and give an accurate prediction of the shear strength on a limited set of specimens. Also, a 3D finite-element model was developed using the finite-element code Cast3m. This model showed that the stress components, especially peel and shear stresses, are not constants across the bonding area and peaking near the free edges (stress concentrations). A numerical parametric study allowed to conclude that the most effective geometrical parameters influencing bond between GFRP and concrete were the bonded length and the dimensions of the concrete substrate. Last part deals with experimental and numerical investigations carried out to study the short- and long-term flexural behaviour of full-scale hybrid beams. All experiments showed considerable increase in beam deflection over time due to concrete creep and shrinkage and GFRP creep. Finally, 3D-finite-element models, realized with Cast3m, are developed based on the incremental formulation of the linear-viscoelasticity theory. The proposed models allow evaluation of the long-term deflection of the pultruded and hybrid beams. Using the proposed model, evolution with time of stresses, strains and displacements in different location of the hybrid beam are obtained

La solution collage représente un intérêt industriel croissant dans l’assemblage des matériaux. Cependant, à cause des propriétés propres d’un polymère, l’utilisation de cette technologie d’assemblage est limitée par sa température de service. Afin d’augmenter la zone d’opérabilité du joint adhésif, la solution du Joint Multi Adhésifs a déjà été initiée par le passé. Ce joint repose sur la combinaison d’un adhésif résistant à basses températures LTA et d’un second résistant à hautes températures HTA. Le premier joint est placé sur les bords de l’assemblage tandis que le second occupe une position centrale. Partant du concept du Joint Multi Adhésif, l’objectif de ce travail est de proposer un assemblage à un seul joint dont les propriétés seraient modulées le long de la longueur de recouvrement. Ce nouvel adhésif présente une bonne résistance aux contraintes de pelage et de clivage sur les bords de l’assemblage, tout en assurant un rôle structurant à hautes températures. La formulation de cet adhésif consiste à élaborer un joint époxyde présentant une ténacité accrue à ces extrémités, qui diminue graduellement vers le centre de joint polymère. Outre leur capacité à augmenter considérablement la ténacité des thermodurcissables, les copolymères triblocs, de part la structuration à l’échelle nanoscopique qu’ils engendrent au sein ces matériaux, ont l’avantage de ne pas pénaliser les autres propriétés telles que le module d’Young et la température de transition vitreuse. Par ailleurs, grâce à leurs bonnes propriétés d’adhésion, les résines époxydes sont des polymères de choix dans l’élaboration d’adhésif. Par conséquent, tout l’intérêt de ce travail réside dans la synergie des propriétés de ces deux composants. Pour se faire, deux adhésifs époxydes sont formulés. Le premier est un système époxyde classique DER 332-MDEA. Le second est basé sur le même système DER 332-MDEA, mais il est chargé avec 10% en masse de copolymères type PMMA-b-PBA-b-PMMA. Les deux adhésifs massiques sont caractérisés thermiquement, thermomécaniquement et mécaniquement. En second lieu, afin de formuler le joint souhaité, à gradient de propriétés, une étude de la cinétique de diffusion entre les deux adhésifs est entreprise par un suivi rhéologique de l’évolution des modules. Cette étude permet de mettre en évidence les facteurs clefs qui pilotent la diffusion : la température, l’entrefer, la fraction initiale et la polarité du copolymère. Ce travail expérimental permet d’aboutir à l’établissement d’un modèle rhéologique mettant en lumière la compétition diffusion/confinement. L’impact de ce nouveau joint sur la propagation d’une fissure au sein d’un assemblage collé est évalué par un essai de clivage symétrique. / Adhesively bonding technology is of great industrial interest. However, the thermal limited properties of polymers used as adhesive joins limits the operating temperature. To extend the operating temperature range, the Multi Moduli Lap Joint solution has ever been suggested. This solution is an interface with a combination of a low-temperature adhesive LTA (i.e. strengthening for low temperatures) and a high-temperature adhesive HTA (i.e. strengthening for high temperatures), on three joints. Due to its position on each edge of the assembly, the ABT exhibits a great peeling yield, whereas the HTA presents a high shear strength and ensures a structural behaviour. This research aim consists in formulating a new simple lap joint with a gradient of mechanical properties along the bondline. The adhesive formulation has to exhibit a high toughness on its edges which gradually diminishes towards its center. So triblock copolymers are blend into an epoxy resin to obtain a nanostructured adhesive. Thus, a toughness improvement occurs with any depreciation neither of the Young modulus nor the transition glassy temperature. Moreover epoxy resin is well known for its bonding properties. Adhesives are formulated on the basis of the epoxy-amine system: DER 332-MDEA and a DER 332-MDEA nanostructured by 10%wt PMMA-b-PBA-b-PMMA triblock copolymers. First the neat and the nanoscopic-scale-structured thermosets are characterised by thermal, thermomechanical and mechanical tests. Then, to obtain a properties gradient into an adhesive joint, diffusion kinetics between both materials is monitored by rheometer. This study reveals the key parameters that master diffusion phenomenon such as temperature, gap, polarity and weight content of the triblock copolymers. This work allows establishing a rheological model which brings into focus competition between diffusion/wall phenomenon. The impact of this new joint on crack propagation is carried out by cleavage using the wedge test method.

Cette thèse s’inscrit dans le cadre d’une collaboration entre le Laboratoire Génie Civil et Bâtiment (LGCB)/Laboratoire de Tribologie et Dynamique des Systèmes (LTDS) et l’entreprise Arkema, l’entreprise routière Malet, l’Agence de l’Environnement et de la Maîtrise de l’Énergie (ADEME). L’objectif de la thèse est l’étude du comportement thermomécanique des enrobés bitumineux, et spécifiquement les enrobés tièdes avec et sans agrégat d’enrobé (RAP, Reclaimed Asphalt Pavement), dans le but de prévoir leur durée de vie et d’optimiser leur dimensionnement dans un contexte de développement durable.Sept types d’enrobés bitumineux sont étudiés. Les enrobés diffèrent par leur procédé de fabrication, le pourcentage de RAP, les additifs et le pourcentage d’additif utilisé. Deux types de fabrications sont étudiées : à chaud (Hot Mix –HM) qui sert de référence et tièdes (Warm Mix –WM). Trois pourcentages de RAP sont considérés : 0%, 30% et 50%. Deux types d’additifs fournis par ARKEMA sont utilisés, ETIMA (E) et ETIMA-BIO (B), avec deux pourcentages, 0% et 0.4%. L’utilisation des enrobés tièdes contribue à réduire considérablement la consommation d’énergie, l’impact sanitaire et l’impact environnemental. D’autre part, l’ajout des RAP dans les enrobés permet d’augmenter le taux de recyclage des matières non renouvelables. Ces innovations participent à la prise en compte des enjeux du développement durable et de la préservation de l’environnement.Quatre types d’essais ont été réalisés. Ce sont : l’essai de module complexe, l’essai de fatigue, l’essai de retrait thermique empêché (TSRST) et l’essai de propagation d’ondes. Dans le domaine du comportement viscoélastique linéaire, les essais de module complexe sont réalisés sur une large gamme de températures (de -25°C à 45°C) et de fréquences (de 0.03Hz à 10Hz). Chaque test est dupliqué. Les résultats sont modélisés à l’aide du modèle analogique 2S2P1D qui a été développé au laboratoire LGCB de l’ENTPE. Ce modèle permet de modéliser correctement le comportement tridimensionnel viscoélastique linéaire des enrobés. Ensuite, le comportement en fatigue est étudié grâce à des essais de fatigue. Pour chaque matériau, quatre ou cinq éprouvettes sont testées. Quatre critères sont utilisés pour évaluer la durée de vie des matériaux. Puis, le comportement à basse température est caractérisé à l’aide de l’essai de retrait thermique empêché (TSRST). Pour chaque matériau, trois éprouvettes sont testées. Enfin, des essais de propagation d’ondes sont réalisés. La méthode de détermination du temps de vol des ondes « P » et des ondes « S » ainsi que la méthode Impact Résonance sont utilisées. Ces essais fournissent des mesures non destructives et faciles à réaliser. A partir de ces méthodes, on peut calculer les valeurs de modules et de coefficients de Poisson des matériaux.Soulignons que les essais réalisés permettent d’obtenir certain des paramètres utilisés pour le dimensionnement des chaussées. Un résultat essentiel de l’étude est la bonne performance des enrobés tièdes contenant des agrégats d’enrobés (RAP). / This PhD dissertation is part of the collaboration between the French Agency for Environment and Energy Management (ADEME), the companies Arkema and Malet and the Ecole Nationale de Travaux Publics de l’Etat (ENTPE). The aim of this dissertation is to study the thermo-mechanical behavior of asphalt mixes, specifically warm mix asphalts with and without Reclaimed Asphalt Pavement (RAP) in order to predict their fatigue life and to optimize their design by targeting sustainable development. Seven types of asphalt mixes are studied. They differ in their mixing method, RAP content, additives used and their content. Two types of mixing methods are studied: Hot Mix Asphalt (HMA), which serves as a reference, and Warm Mix Asphalt (WMA). Three RAP contents are considered: 0%, 30% and 50%. Two types of additives provided by Arkema are used : ETIMA (E) and ETIMA-BIO (B) with two contents for each of them (0% and 0.4%). The use of warm mix asphalt helps significantly reducing both energy consumption and the impact on health and environment. These innovations are significant contributions with respect to issues of sustainable development and environmental preservation. Four types of laboratory tests were performed: complex modulus tests, fatigue tests, Thermal Stress Restrained Specimen Tests (TSRST) and wave propagation tests. In the Linear ViscoElastic (LVE) behavior domain, complex modulus tests were performed on a wide range of temperatures (from -25°C to 45°C) and frequencies (from 0.03 Hz to 10 Hz). For each material, two specimens were tested. Values of complex modulus and complex Poisson’s ratio were obtained and modeled using the 2S2P1D analogies model, developed in the Laboratoire Génie Civil et Bâtiement (LGCB) of ENTPE. It was observed that this model can correctly simulate the LVE behavior of asphalt mixes. Fatigue behavior was studied by analyzing fatigue tests results. For each material, four or five specimens were tested. Four different failure criteria were used in order to evaluate fatigue life of materials. Low temperature behavior of materials was characterized using TSRST. For each material, three replicates were performed. Finally, wave propagation tests were carried out. The method to determine the time of flight of « P » and « S » waves and the impact resonance method are presented. These tests provide a non-destructive method to characterize materials, which easy to perform. Using those methods, values of complex modulus and Poisson's ratio of tested materials can be estimated. It is to be underlined that the tests performed in this PhD allow to obtaining some parameters which are required for asphalt pavement design. An important result obtained in this study is that warm mix asphalt combined with RAP and additives (ETIMA ou ETIMA-BIO) could perform as well as hot mix asphalt.

vi Title: Biochemical and mechanical processes in synovial fluid - modeling, mathematical analysis and computational simulations Author: Petra Pustějovská (petra.pustejovska@karlin.mff.cuni.cz) Department: Matematický ústav UK, Univerzita Karlova v Praze Institut für Angewandte Mathematik, Universität Heidelberg Supervisors: prof. RNDr. Josef Málek CSc., DSc. (malek@karlin.mff.cuni.cz) Matematický ústav UK, Univerzita Karlova v Praze, Prof. Dr. Dr. h.c. mult. Willi Jäger (jaeger@iwr.uni-heidelberg.de) Institut für Angewandte Mathematik, Universität Heidelberg Abstract: Synovial fluid is a polymeric liquid which generally behaves as a viscoelastic fluid due to the presence of polysaccharide molecules called hyaluronan. In this thesis, we study the biological and biochemical properties of synovial fluid, its complex rheology and interaction with synovial membrane during filtration process. From the mathematical point of view, we model the synovial fluid as a viscous incompressible fluid for which we develop a novel generalized power-law fluid model wherein the power-law exponent depends on the concentration of the hyaluronan. Such a model is adequate to describe the flows of synovial fluid as long as it is not subjected to instantaneous stimuli. Moreover, we try to find a suitable linear viscoelastic model...