Les très bonnes propriétés mécaniques de l'acier TWIP (TWinning Induced Plasticity) Fe-22Mn-0.6C résultent de l'activation du glissement des dislocations et du maclage mécanique. L'augmentation de la fraction de macles avec la déformation conduit à la réduction du libre parcours moyen des dislocations (effet Hall-Petch dynamique). L'objectif de ce travail était de fournir une analyse et une compréhension plus approfondies du comportement mécanique de cet acier pour différents modes de sollicitation. Nous avons étudié le comportement mécanique lors de différents trajets de déformation (traction, cisaillement simple et réversible, changements de trajets) et plus particulièrement l'évolution de l'écrouissage en relation avec les évolutions microstructurales analysées par diffraction de rayons X, MEB FEG EBSD et MET. En combinant les données obtenues par EBSD et par DRX, nous proposons une approche qui permet d’évaluer la fraction de macles. Le croisement des observations mécaniques et microstructurales nous a permis de montrer que les différents stades d’écrouissage sont liés à des caractéristiques particulières de la microstructure et de la texture, l'interaction entre macles et dislocations conduisant à une augmentation de l'écrouissage. Le maintien de l'écrouissage à un niveau élevé est favorisé par l'activation de deux systèmes de maclage et par l'évolution de texture permettant ce mode de déformation au sein du polycristal. Nous avons observé que la manifestation des différents stades d’écrouissage et de l'effet TWIP varie suivant le type de sollicitation. Les essais en cisaillement réversible ont mis en évidence un effet Bauschinger très prononcé relié à l’effet Hall-Petch dynamique. L'empilement des dislocations aux joints de grains et de macles crée des champs de contraintes locaux qui influencent le comportement au trajet retour. Ces résultats expérimentaux nous ont permis de tester les capacités prédictives d'un modèle micromécanique élasto-viscoplastique à transition d'échelles incorporant l'effet TWIP. Les simulations des trajets monotones de déformation sont en bon accord avec les résultats expérimentaux. Pour améliorer les prévisions des essais de cisaillement réversible et de changement de trajet, des perfectionnements sont proposés / The TWIP steel (Twinning Induced Plasticity) Fe-22Mn-0.6C exhibits outstanding mechanical properties combining a good ductility and a high mechanical resistance thanks to the activation of dislocation glide and mechanical twinning. As the volume fraction of twins increases with the deformation, the mean free path of the dislocations is reduced (dynamical Hall-Petch effect). The goal of this study was to supply a much more precise analysis and understanding of the mechanical behavior of this TWIP steel during different mechanical loadings. We studied the mechanical behavior during different mechanical loadings (tension, simple and reverse shear, strain path changes), and more precisely the strain hardening evolution in relation to the microstructure and texture evolutions analyzed by X-ray diffraction, FEG SEM EBSD and TEM. By combining data obtained by EBSD and X-rays diffraction, we propose an approach that allows us to evaluate the twin volume fraction. The examination of the mechanical and microstructural observations allowed us to show that the different stages of hardening are linked to particular characteristics of the microstructure and texture, the interaction between dislocations and twins leading to an increase of the hardening. The hardening is maintained at a high level by the activation of two twin systems and by the texture evolution. The latter sustains this mode of deformation in the polycrystal. We also observed that the occurrence of the different stages of hardening and of the effect TWIP varies according to the type of solicitation imposed. The analysis of the mechanical behavior during reverse shear tests showed that the steel exhibits a strong Bauschinger effect related to the dynamic Hall-Petch effect. The dislocation piles-up at grain and twin boundaries create local stress fields that influence the mechanical behavior during the reverse deformation. Finally, these experimental results allowed us to check the predictive capacities (mechanical behavior, twin kinetics, texture) of an elasto-viscoplastic micromechanical model incorporating the TWIP effect. The simulations of monotonous deformation are in good agreement with experimental results. To improve prediction of the reverse shear tests and strain path changes, additional developments are suggested

Un des objectifs de la restauration structurale, sujet de cette thèse, est de mettre en évidence les défauts d'interprétation ou les zones potentiellement fracturées. L'extension de cette technique en volume nécessite la définition a priori des propriétés des matériaux utilisés, notamment lorsque ces propriétés sont définies à une échelle fine. Une première partie, ce travail propose une méthode de mise à l'échelle des propriétés mécaniques utilisées pour les calculs de restauration en volume. La principale hypothèse repose sur la loi de comportement utilisée pour les matériaux définis à l'échelle grossière, supposés isotropiques transverses élastiques. Le calcul des propriétés équivalentes se fait par identification, après simulation par Éléments Finis. Cette technique a l'avantage d'assurer la conservation de l'énergie pour le même type de chargement. Dans une dernière partie, ce travail traite la gestion de la tectonique salifère lors de la restauration structurale. Les diapirs de sel présentent des topologies, des rhéologies, et des séquences de dépôt très caractéristiques. Ce mémoire présente une méthodologie de restauration multi-cartes, dont la prise en compte des relations inter-horizons est respectée dans les séquences halocinétiques. Une application de cette méthode est présentée sur le bassin de La Popa (Mexique) où les différentes interprétations réalisées au travers de leurs restaurations sont comparées / Structural restoration of geological models is undertaken to evaluate the geometrical and geological coherency of an interpretation. It can be used to determine deformation rates in different tectonic regimes. In addition, this technique has been used to evaluate high strain zones, and thus, potential fractured zones. Structural restoration attempts to reverse the effects of deformation history to an assumed initial pre-deformation state. Volumetric restoration techniques generally employ entirely continuum mechanic methods. The continuum mechanic model behaviors are dependent on the definition of the materials for which it is imposed reversibility by using elasticity behavior laws. This property is chosen based upon the predominant rock type in the fault block, generally at small scales. To overcome this issue, a methodology to upscale elastic isotropic materials has been implemented by treating upscaled materials as elastic transversely isotropic materials. This insures energy conservation for the same types of loading. Another focus of this work has been the management of salt tectonics in restoration procedures. A multi-surfaces restoration methodology has been developped based on the conservation of apparent thicknesses between stratigraphic layers and an iso-parametric restoration. This technique avoids the dependence of the volumetric restoration on a material model, while properly treating the restoration of unconformities and halokinetic sequences that characterize the flanks of salt structures. This technique has been tested on a field data set over a salt-withdrawal basin in the La Popa Basin (northeastern Mexico)

Le progrès dans le domaine du génie civil n’aurait pas été possible sans le développement de nouveaux matériaux. En fait, les nouveaux matériaux avec des propriétés performantes ont permis la construction de structures modernes, de plus grands bâtiments, de plus grands ponts…etc. En outre, il est important de continuer le progrès et le développement des matériaux dans le futur. En particulier, dans l'approche des constructions intelligentes, nous aurons besoin de nouveaux matériaux aux propriétés très performantes. L'étude des propriétés des matériaux, à l'échelle moléculaire, permet une meilleure compréhension de la façon dont ces matériaux fonctionnent et réagissent à un niveau macro. C’est grâce à de tells études que nous sommes en mesure de comprendre leurs comportements sous des conditions variables. Dans cette thèse, nous focalisons nos efforts sur trois types de matériaux. Le premier est le carbonate de zinc. Le second est la chaux, qui est largement utilisée dans le domaine de la construction et les travaux publics; et le dernier est l'oxyde de zinc, qui est un matériau important pour les constructions en acier. Notre but est d'étudier en détail ces trois différents matériaux à diverses pressions et à compositions variables par la méthode de prédiction de structures basée sur l’approche ab initio. Pour la smithsonite, un bon nombre de propriétés mécaniques a été évalué. Nous montrons notamment que ce système est plus dur et plus rigide que les autres carbonates. En outre, l'étude de ses propriétés électroniques révèle que l'énergie de la bande interdite est assez proche de certains semi-conducteurs. Par ailleurs, deux transitions de phase à haute pression ont été trouvées: la première à 87 GPa et la seconde à 121 GPa. En dessous de 87 GPa, ZnCO3 est stable sous la structure de groupe d’espace R-3c (structure de calcite); et entre 78 GPa et 121 GPa, ZnCO3 se stabilise sous une autre structure dont le groupe d'espace est C2/m (structure de magnésite phase II). Au-delà de 121 GPa, nous montrons que la nouvelle structure de groupe d'espace P212121 devient la plus stable. Par ailleurs, en utilisant la méthode de prédiction de structure –composition variable- basée sur l’approche ab initio, nous montrons que le système Ca-O pourraient se stabiliser sous de nouvelles compositions chimiques autres que le CaO. À pression ambiante, CaO2 est prédit comme étant un système thermodynamiquement stable. Ce nouveau composé passe de la structure de groupe d’espace C2/c à celle de groupe d’espace I4/mcm à 18.5GPa. En augmentant la pression, d'autres composés deviennent plus stables tels que CaO3 qui se stabilise dans la structure de groupe d'espace P-421m à partir de 65 GPa. Enfin, nos études sur ZnO montrent que ZnO2 devient thermodynamiquement stable à une pression supérieure à 120 GPa. Une transition de phase est obtenue à 10 GPa pour ZnO, qui est stable dans la structure wurtzite B4 dans des conditions ambiantes et jusqu'à 10GPa. Au-delà de 10 GPa, ZnO devient plus stable dans une structure de type B1. Ces résultats confortent nos prédictions puisqu’ils s’accordent parfaitement avec les travaux expérimentaux et théoriques précédents. / The civil engineering progress would not been possible without new materials development. In fact, new materials with efficient properties allowed the construction of modern structures, taller building, longer bridges,…etc. Furthermore, it is essential for the progress continuity of this field in the future. Especially, in the smart construction approach we will need new materials with the very efficient properties. The study of the properties of materials at the molecular level, allow a better understanding of how those materials will function and react on a macro level. It is through such studies that we are able to understand their behaviors under a large number of conditions. In this thesis, we focus our efforts on three types of materials. The first one is zinc carbonate. The second one is Lime, which is widely used in building and public works ; and the last one is zinc oxide, which is an important material for steel construction. The purpose here is to investigate in details the three different materials at various pressures and variable compositions by means of the universal structure prediction method based on ab initio tool. For smithsonite, a number of mechanical properties were evaluated. We mainly show that this system is harder and more rigid than the other carbonates. Besides, the investigation of its electronic properties reveals that the energy band-gap is close enough to some semiconductors. Moreover, two high-pressure phase transitions have been found: the first one at 87 GPa and second one at 121 GPa. Below 87 GPa, ZnCO3 is found to be the most stable structure with R-3c space group (calcite structure); and between 78 GPa and 121 GPa, ZnCO3 has another structure (magnesite phase II) with C2/m space group. Above 121 GPa, we show that new structure with P212121 space group becomes more stable. In addition, by means of variable composition ab initio evolutionary algorithm, we show surprisingly new stable compounds from Ca-O. At ambient pressure CaO2 is predicted as a thermodynamically stable system. This new compound goes from C2/c to I4/mcm space group structure at 18.5GPa. Under increasing pressure, further compounds become stable such as CaO3 which stabilize in P-421m space group structure above 65 GPa. Finally, our studies on ZnO show that ZnO2 becomes thermodynamically stable at pressure above 120 GPa. A phase transition is obtained at 10 GPa for ZnO, which is stable in B4 wurtzite structure at ambient conditions up to 10GPa. Above 10 GPa, ZnO becomes more stable in B1 structure. These results strongly support our predictions since they agree perfectly with available experiment and previous theoretical studies.

Les matériaux aujourd'hui utilisés pour l'isolation thermique en milieu aquatique sous pression hydrostatique sont soit des mousses souples à base de caoutchoucs, soit des mousses rigides, notamment syntactiques, selon la profondeur. Ces matériaux souples ont été analysés par des tests mécaniques et thermiques classiques. Cependant, les protocoles et valeurs relevées ont été adaptés à l'usage final du produit, et plus particulièrement à l'environnement aquatique en surface et en profondeur. Les relations entre les différentes caractéristiques (structures et propriétés) de ces matériaux ont été étudiées afin de définir les propriétés adéquates selon des critères pertinents. Pour mettre en évidence les propriétés thermiques sous pression hydrostatique, un outil de test a de plus été développé : une enceinte de test hyperbare innovante, pour l'évaluation de la résistance thermique et de l'épaisseur sous pression d'eau entre 0 et 50 m de profondeur. Les points forts et faibles des matières classiquement utilisées ont été clairement établis. L'analyse de ces résultats a permis d'identifier un concept de matériau composite propre à l'usage défini. Une matière innovante a été conçue en fonction : une mousse syntactique. En variant le type de particules additionnées à une matrice thermoplastique élastomère, la structure cellulaire a été affinée pour obtenir un comportement identique en milieu aquatique, en surface comme en profondeur. En parallèle de sa production industrielle, cette matière a été testée afin d'identifier les relations entre structures et propriétés. / Materials nowadays used for thermal insulation in aquatic environment under hydrostatic pressure are either rubber flexible foams or rigid foams, especially syntactic foams, depending on depth. These flexible materials were analyzed through classical mechanical and thermal tests. However, methods and results were adapted to the final usage of the product, particularly to the aquatic environment at the surface and under depth. Relationships between structures and properties characteristics were studied to define appropriate properties within relevant criteria. Moreover, to underline thermal properties under hydrostatic pressure, a testing instrument has been developed: an innovating hyperbaric test chamber, dedicated to under water pressure thermal resistance and thickness measurements, from 0 to 50 m depth. Strengths and weak points of these classical materials have been clearly established. Results analysis lead to a new concept of composite material for the defined usage. This innovating material, a syntactic foam, has been developed. By varying the particle type added to a thermoplastic elastomer matrix, the cellular structure has been refined in order to obtain a similar behaviour in aquatic environment, at the surface like in depth. This material has been tested, parallel to its industrial production, to identify relationships between structures and properties.

Les alliages de titane sont utilisés dans de nombreux domaines tels que l’aéronautique et l’aérospatial, l’industrie automobile, les plateformes offshore et d’autres applications telles que le biomédical et l’environnement marin. Le choix d’utiliser des alliages de titane repose sur le fait que ces alliages disposent d’un excellent ratio entre la résistance mécanique et la densité ainsi qu’une excellente résistance à la corrosion. Afin d’être employés pour une application marine telle que celle d’un winch innovant, nous avons choisi de travailler sur trois nuances d’alliages de titane β-métastables que sont les alliages Ti-6.8Mo-4.5Fe- 1.5Al, Ti-15Mo-2.7Nb-3Al-0.2Si et Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr. Le milieu marin est une atmosphère qui expose les matériaux à des conditions telles qu’elles peuvent générer leur destruction. Divers moyens de dégradation existent. Il était donc intéressant d’évaluer la résistance à la corrosion de ces alliages et de chercher à les protéger contre la corrosion. Le coeur de cette étude repose sur la sélection des alliages de titane susceptibles de répondre au cahier des charges du winch innovant. Des traitements thermomécaniques ont d’abord été définis, puis les alliages ont été caractérisés métallurgiquement et mécaniquement. Ces caractérisations ont permis de connaître les propriétés mécaniques des alliages et de sélectionner les alliages potentiellement employables au sein du winch. Puis des essais de corrosion galvaniques ont été menés via la mesure de différences de potentiel entre les alliages de titane traités et d’autres matériaux susceptibles d’être employé au sein du winch tels que des aciers inoxydables, des alliages d’aluminium et des laitons au plomb. Puis, afin d’évaluer le comportement en corrosion marine du film passif des alliages de titane, des essais de corrosion électrochimiques ont été faits à l’aide d’un dispositif à trois électrodes dans des électrolytes de type chlorure de sodium et eau de mer naturelle. Ainsi des mesures de potentiel libre et de voltammétrie cyclique ont été menées. Le point faible des alliages de titane est le comportement en frottement. Dans ce cas, afin de réduire le coefficient de frottement de ces alliages, il est souvent nécessaire d’effectuer un traitement de surface. Dans cette étude, un traitement thermochimique de nitruration gazeuse a donc été fait sur l’alliage de titane le plus récemment développé parmi les nuances étudiées à savoir le Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr. Cet alliage ainsi traité a été caractérisé de façon identique aux alliages traités thermomécaniquement. L’ensemble des essais menés au cours de cette thèse ont permis de déterminer quels alliages de titane parmi ceux étudiés seraient les plus susceptibles d’être employés au sein du winch innovant. / Titanium alloys are used in numerous fields as aerospace industry, automotive industry, off-shore industry, and, in several applications such as medical and marine applications. This is due to their good properties like high mechanical strength, low density and excellent corrosion resistance. In order to be used for an innovating winch and so in a marine environment, we have chosen to study three β-metastable titanium alloys which are Ti-6.8Mo-4.5Fe-1.5Al, Ti-15Mo-2.7Nb-3Al-0.2Si and Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr. In marine environment, materials are exposed to tough conditions which can generate their destruction. Several modes of degradation exist. It is so interesting to evaluate the corrosion resistance of these alloys and to search their best corrosion protection. So, the heart of the study is to select titanium alloys to meet the specifications of the innovating winch. At first, we defined thermomechanical treatments for those titanium alloys and then these materials were characterized to know their mechanical and metallurgical properties. These tests allowed us to have a well knowledge of mechanical properties of these alloys and to choose which alloys can be employed in a winch. Then, galvanic corrosion tests were made in nitric acid, sodium chloride and sodium hydroxide. We measured potential differences between our treated titanium alloys and other materials which may be used in a winch such as stainless steels, aluminum alloys and leaded brass. Then, in order to evaluate the behavior of the passive film in marine environment of titanium alloys, electrochemical corrosion tests were conducted using a three-electrode method in sodium chloride and natural seawater electrolytes. So, free potential and cyclic voltammetry measurements were conducted. The flaw of titanium alloys is their low friction coefficient. So in order to improve the coefficient of friction of titanium alloys it is useful to do a surface treatment. In this study, a gaseous nitriding thermochemical treatment was done for the most recent developed alloy among the three studied nuances, which is Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr. Then this treated alloy was characterized too similarly to the three thermomechanical treated titanium alloys. All of tests we led allowed us to know which titanium alloys with which thermomechanical and surface treatments may be used for the innovating winch.

Les matériaux de construction des monuments historiques, tels que les pierres naturelles, sont soumis à des conditions environnementales agressives, comme la variation de la température ou de l'humidité, la pluie, ou encore les polluants atmosphériques. Cela peut provoquer des modifications au sein de la structure même des matériaux. Ces variations peuvent engendrer de fortes contraintes mécaniques aboutissant à des altérations macroscopiques importantes et diverses comme des fissures, des desquamations ou des désagrégations granulaires.La pierre étant un matériau poreux hétérogène, la connaissance de la microstructure, les caractérisations minéralogique et physique sont indispensables à la compréhension du comportement hydromécanique du matériau lors de dégradations. Parmi les différentes conditions environnementales responsables d'altération au sein de matériaux de construction, nous nous intéressons au phénomène de gel-dégel de différents types de pierres calcaires. L'objectif de ces travaux de recherche est de corréler les propriétés microstructurales et minéralogiques de pierres calcaires saines et leurs évolutions, avec leurs propriétés mécaniques au cours de la fissuration sous l'effet des cycles de gel-dégel. Cinq calcaires, aux propriétés microstructurales et mécaniques variées, ont été sélectionnés pour cette étude : les pierres de Massangis, de Lens, de Migné, de Savonnières et de Saint-Maximin.L'évolution de l'endommagement des pierres calcaires est suivie au cours du vieillissement accéléré par la mesure des propriétés suivantes : la vitesse des ondes P, les modules d'Young dynamiques et statiques, la résistance à la compression uniaxiale, la ténacité, la porosité totale et la distribution de la taille d'accès des pores. Le comportement thermo-mécanique des pierres est également étudié par des mesures des déformations et de la température (en surface et au centre des échantillons) pendant les cycles de gel-dégel.Ces recherches ont montré que l'évolution de la microstructure des pierres altérées et leurs propriétés mécaniques intrinsèques comme la ténacité, paramètre déterminant dans l'amorçage et la propagation de fissures, sont liés. En effet, la résistance des pierres aux contraintes provoquées par les cycles de gel-dégel dépend autant de leurs performances mécaniques initiales que de leurs porosités, notamment la part de leurs porosités naturellement accessible à l'eau par immersion et de leurs degrés de saturation naturelle. / Building materials of historical monuments, such as natural stone, are subject to aggressive environmental conditions, such as changes in temperature or humidity, rain, or air pollutants. This can cause changes in the structure of materials. These variations can lead to high mechanical stress resulting in significant and diverse macroscopic alterations as cracks, flaking or granular disintegration.The stone is a heterogeneous porous material, the knowledge of the microstructure, the mineralogical and physical characterizations are essential to understanding the hydro-mechanical behavior of the material during degradation. Among the different environmental conditions of alteration responsible in building materials, we are interested in freeze-thaw cycle of different types of limestone. The objective of this research is to correlate the microstructural and mineralogical properties of fresh limestone and their evolution, to their mechanical properties in cracking under freeze-thaw cycles. Five limestones of varying microstructure and mechanical properties were selected for this study: Massangis, Lens, Migné, Savonnières and Saint-Maximin stones.The evolution of the degradation of limestone is followed during accelerated aging by measuring the following properties: P-wave velocity, dynamic and static Young's modulus, resistance to uniaxial compression, toughness, total porosity and distribution of pore size access. The thermo-mechanical behavior of rocks is also studied by measurements of deformation and temperature (at surface and at center of the sample) during the freeze-thaw cycles.This research has shown that the evolution of the microstructure of weathered stones and their intrinsic mechanical properties such as toughness, determining parameter in the initiation and propagation of cracks are related. Indeed, stones resistance to stresses caused by freeze-thaw cycles depends as much on their initial mechanical performance as their porosity, especially from their pores naturally accessible to water immersion and their degrees of natural saturation.

L'augmentation des dimensions des éoliennes est nécessaire pour réduire le coût du rendement énergétique des parcs éoliens. L'optimisation de ces structures est liée aux renforts fibreux qu'elles utilisent. La rigidité des pâles d'éoliennes provient des longerons en composites monolithiques mis en forme à partir de renforts NCF (« Non-Crimp Fabrics ») unidirectionnels et de résine thermodurcissable. Les renforts se présentent sous forme d'empilement de deux couches (0° et+/- 80°) cousues dans l'épaisseur par un fil polyester. La structure fibreuse, contrôlée par les paramètres de conception, influence les liens de causes à effets entre les paramètres de conception et les performances du renfort et du composite. Il est donc nécessaire d'optimiser les composites pour leur application. Trois paramètres de conception sont étudiés pour établir ces liens : la longueur de couture, le dessin de couture et la masse linéique de la trame. Ces liens sont dévoilés par la mise en relation de données morphologiques issues d'analyse d'images du renfort sec et du composite avec les propriétés macroscopiques déterminées par le biais de moyens expérimentaux. Ces derniers permettent notamment de déterminer le tenseur de perméabilité hydraulique des renforts ainsi que les propriétés élastiques des composites. Il apparait que chacun des paramètres étudiés influence l'hétérogénéité des composites. Cette caractéristique est favorable pour le procédé d'infusion mais affecte la tenue en fatigue des longerons. L'optimisation des renforts NCF pour leur application requiert donc d'établir un compromis. Une autre solution consisterait à permettre une évolution de la morphologie du composite lors de la mise en forme, pour passer d'un renfort sec hétérogène à un composite homogène en terme de fraction volumique de fibre. / The energetic pricing of windmills involves the production cost of wind turbines and theirlifespan. Increasing the performances of these structures comes with an increase of the bladesdimensions. The spar caps of the latters, providing the strength to the blades, are made ofunidirectional glass fiber reinforcement known as NCF (Non-Crimp Fabrics). They involve two layers ofspecific orientations (0° and +/- 80°) stitched together. The architecture formed by the reinforcement isdependent on the design parameters which control the performance, on the fabric during the infusionprocess, and on the composite in the final structure. Therefore, the optimization of the NCF for thewindmill application is controlled by the design parameters. Three parameters (the stitch length, thestitch pattern and the weft Tex) are studied in order to establish the links morphology / process andmorphology / mechanical performances. Experimental investigations are undertaken to determine boththe hydraulic permeability tensor of the fabrics and the elastic properties of their composite. Thesemacroscopic properties are related to the morphology determined using images analysis technics. It isdemonstrated that each of the design parameters impacts the heterogeneity of the composite. Highheterogeneity allows improving the performance during the infusion process while reducing themechanical one. The optimization of the NCF using the design parameters requires setting acompromise in the heterogeneity of the architecture formed by the reinforcement. Another solutionwould consist in allowing the morphology to evolve during the infusion process, to go from an openstructure that eases the flow to a homogeneous structure safer for the windmill application.

Cette thèse vise à développer des matériaux destinés à remplacer les gants des boîtes à gants utilisées en milieu nucléaire confiné par des disques élastomères pouvant prendre la forme des mains lorsqu'un opérateur insère son bras et revenir à leur forme initiale lorsqu'il l'enlève. Le but du travail est de réaliser et d'étudier les propriétés physico-chimiques de matériaux capables de se déformer à plus de 2000 %, à être totalement élastique, à résister au déchirement et aux radiations. Dans un premier temps, une étude bibliographique a montré que les matériaux les plus susceptibles d'y répondre sont les élastomères thermoplastiques. Des matériaux de deux familles d'élastomères thermoplastiques ont donc été réalisés et étudiés. Les premiers sont les élastomères thermoplastiques polyuréthanes. L'influence de la stœchiométrie des monomères et de la structure chimique de différents allongeurs de chaînes sur les propriétés mécaniques a été étudiée. Il en ressort que ces matériaux sont trop visqueux pour répondre au cahier des charges mais une relation intéressante de linéarité entre la contrainte à l'écoulement et le taux de viscosité de l'ensemble de ces formulations a été observée. Les seconds matériaux sont des copolymères Styrène-Ethylène-Butylène-Styrène (SEBS). Les effets du procédé de mise en œuvre ainsi que l'incorporation de plastifiants, de nanoparticules ou de polyuréthane sur les propriétés mécaniques de ces matériaux ont été étudiés. Il a été mis en évidence que le procédé de mise en œuvre influence fortement les propriétés mécaniques et que l'ajout de nanoparticules et de polyuréthane permet d'améliorer certaines propriétés mécaniques. Globalement, les matériaux développés ont des propriétés très proches de celles de matériaux hyperélastiques. / The aim of this PhD work is to replace current gloves of gloveboxes used in nuclear area by elastomer discs which could take the shape of the arm of an operator and come back to their original shape when the arm is removed. The goal of the work is to design and study a material meeting the following specifications: at least 2 000 % strain at break, very high elastic properties, tear and radiation resistant. A bibliographic study showed that the most relevant materials are thermoplastic elastomers. As a consequence, two kinds of these materials were formulated. First ones are thermoplastic polyurethane elastomers. The influence of stoichiometric ratios and different chain extenders on mechanical properties was studied. These materials are too viscous to match the specifications but an interesting linear relation between flow stress and viscosity ratio was observed. Second ones are Styrene-Ethylene-Butylene-Styrene copolymers (SEBS). Studies on the influence of the process and incorporation of plasticizers, nanoparticules or polyurethane were carried out. It was highlighted that the process strongly influences mechanical properties and addition of nanoparticules or polyurethane can increase some of these properties. On the whole, the materials developed are very close to these of hyperelastic materials.

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L'amélioration des sols est à l'origine une solution économique pour rendre un sol constructible, notamment par rapport aux méthodes de fondations profondes utilisant des pieux. L'amélioration de la compréhension du comportement du matériau provenant de soil-mixing ou jet-grouting connait un intérêt grandissant. Ces deux procédés consistent à mélanger le sol en place avec un liant hydraulique afin de former des colonnes ou des panneaux en "béton de sol". Les fondations spéciales ont connu ces dernières décennies un franc succès aux États-Unis, au Japon et dans les pays Scandinaves. En Europe les nouvelles priorités, pour la plupart liées à l'environnement, au coût de la construction et à la valorisation des matériaux encouragent les industriels à contribuer au développement technologique de la discipline. Certains procédés de mélange paraissent désormais suffisamment sophistiqués pour assurer la réalisation d'éléments structuraux tels que les fondations et les soutènements.Contrairement aux matériaux préfabriqués, à cause des incertitudes liées à l'hétérogénéité des sols, aux conditions environnementales et à la qualité du malaxage sur chantier, il reste toutefois difficile de prédire les propriétés du matériau obtenu. Un manque de règles et de recommandations semble également assez flagrant. Pour répondre au besoin de prédiction et de fiabilisation performantielle des bétons de sol l'objectif des travaux de thèse était donc d'étudier l'influence des paramètres de formulation sur les propriétés physiques et mécaniques du matériau. Les fortes quantités d'eau de gâchage nécessaires à l'obtention d'une consistance de BAP et la faible granulométrie des sols limitent les caractéristiques mécaniques de ces bétons. De par leur composition, les bétons de sol sont donc particulièrement sensibles au retrait de dessiccation et l'importante porosité de ces matériaux les aussi rend plus vulnérables aux agressions chimiques. L’objectif ultime des travaux de recherche était donc de déterminer des paramètres pour une meilleure visibilité de la durée de vie des ouvrages en béton de sol.L'approche béton suivie au laboratoire a consisté à étudier différents bétons de sol composés de sols "artificiels", d'un ciment CEM III/C, et avec un rapport E/C efficace constant. L'étude paramétrique met en évidence un pourcentage volumique d’argile dans le sol au-delà duquel la résistance diminue et la rigidité du matériau peut poser problème pour certaines utilisations structurelles. Les gains de résistance et de rigidité associés à l'augmentation du dosage en ciment sont également quantifiés. Les résultats montrent que l'endommagement par chargement mécanique dépend surtout du dosage en ciment. À partir des résultats expérimentaux, des relations mathématiques sont proposées pour la phase de dimensionnement. Divers essais de vieillissement accéléré permettent de définir des seuils pour les indicateurs de durabilité (porosité et la perméabilité à l'eau). L'analyse de la microstructure du matériau montre aussi l'importance de l'interface pâte-granulat et a permis d'identifier certains mécanismes de dégradation en lien avec les conditions d'exposition. Enfin, ce travail est complété par une étude du comportement à haute température. / Soil improvement initially has been used as an economical solution to make soil constructible, particularly in the context of deep foundation methods using piles. There has been growing interest to improve understanding of the behavior of soil-mixing and jet-grouting material, which consist of mixing the soil in place with a hydraulic binder in order to form columns or panels of "soilcrete". In recent decades, these special foundations have had a great success in the United States, Japan and the Scandinavian countries. In Europe, the environmental consciousness and the ongoing trend to reuse existing material to reduce cost of construction are driving companies to contribute to the technological development of this discipline. Some mixing processes now seem to be sophisticated enough to provide structural elements such as foundations and supports.Unlike prefabricated materials, it is difficult to predict the properties of the material obtained through deep soil mixing due to uncertainties related to soil heterogeneity, environmental conditions and the quality of mixing on site. The objective of the thesis work is to address this need for prediction and performantial reliability of soilcrete by studying the influence of the formulation parameters on the physical and mechanical properties of the material. The high quantities of mixing water necessary to obtain a BAP consistency and the small particle size of the soil limit the mechanical properties of the soilscretes and as a consequence, are particularly sensitive to desiccation shrinkage. Besides, the high porosity of these materials also makes them more vulnerable to chemical aggressions. The ultimate objective of the research is to determine parameters for a better visibility of the lifetime of concrete structures in the soil.The approach tested in the laboratory consists of studying different soilcretes composed of "artificial" soils, CEM III / C cement and with a constant W/C ratio. The parametric study reveals a proportion by volume of clay in the soil beyond which the resistance decreases and thus the stiffness of the material can be problematic for some structural uses. The increase in resistance and the associated stiffness of the soilcrete by increasing the cement dosage is also quantified. The results show that the damage by mechanical load depends mostly on the cement dosage. From the experimental results, mathematical relations are proposed for the dimensioning phase. Various tests of accelerated aging help define thresholds for the indicators of durability (porosity and water permeability). The analysis of the microstructure of the material also shows the importance of the paste-aggregate interface and made it possible to identify some mechanisms of degradation in relation to the exposure conditions. To conclude, this work is finalised by a study of the behavior at high temperature.