Cette étude a pour but de développer de nouveaux matériaux composites à matrice métallique renforcés par des nanotubes de carbone (CNT) et présentant des propriétés mécaniques améliorées. La majeure partie de ce travail a été réalisée en utilisant des CNT multi-feuillets synthétisés par déposition chimique en phase vapeur en tant que renforts et un alliage d'aluminium AA5083 comme matrice. Des composites CNT/AA5083 denses et homogènes ont été élaborés par le procédé de métallurgie des poudres suivi par une étape de mise en forme, l'extrusion. L'homogénéité de la dispersion des CNT à l'échelle microscopique dans les composites s'avère être un paramètre clé pour l'amélioration des propriétés mécaniques. Ceci a été réalisé par broyage planétaire à haute énergie impliquant des mécanismes de déformation plastique et de soudure à froid et a été démontré à l'aide d'études cartographiques par spectroscopie Raman. La limite d'élasticité, la résistance à la traction et la micro-dureté des composites homogènes ont été augmentées jusqu'à respectivement 55%, 61% et 33% en comparaison avec l'alliage sans CNT et préparé dans les mêmes conditions. Le coefficient de dilatation thermique a été quant à lui réduit de 10%. Les propriétés optimales ont été obtenues pour des concentrations en CNT de 1,5 % en masse. Le renforcement du matériau a été principalement attribué au transfert de charge à l'interface CNT/matrice. / The overall goal of this thesis is to process new metal matrix composites reinforced by CNT with enhanced mechanical properties. The main part of this work was achieved using CVD-grown multi-walled CNT as reinforcement and a high-performance light aluminium alloy, AA5083, as the matrix. Dense and homogeneous CNT/AA5083 composites were processed by the powder metallurgy route, followed by an extrusion forming process. A homogeneous dispersion of the CNT in the composites at the micron scale appears to be a key parameter for improving the mechanical properties. This could be achieved using high energy ball milling through the mechanisms of plastic deformation and cold-welding, and was demonstrated from Raman spectroscopy cartography studies. Yield strength, ultimate tensile strength and micro-hardness of the homogeneous composites were increased by up to 55%, 61% and 33%, with respect to raw alloys processed in the same conditions, and the coefficient of thermal expansion was decreased by 10%. Optimal results were obtained with a CNT con-tent of 1.5 wt.-%. The material strengthening was principally attributed to load transfer at the CNT/matrix interface.

Ce travail de thèse, s'inscrit dans un accord co-tutelle entre l’École Polytechnique de Thiès du Sénégal, et de l'Université de Franche-Comté. Il a été réalisé au Département de Mécanique Appliquée de l'institut FEMO-ST à Besançon (France). [...]L'objectif de cette thèse est de contribuer à la caractérisation du comportement thermo-hygro-mécaniques des fibres libériennes élémentaires issues du chanvre. Les fibres élémentaires testées dans ce travail ont des diamètres extérieurs moyens d'environ 20µm et des longueurs utiles de l'ordre de 10mm. Des essais couplant des chargements mécaniques, hygroscopiques et thermiques sont réalisés afin d'apporter des éléments de compréhension sur le comportement des fibres et de collecter une base de données sur leurs performances mécaniques.Trois types de comportement sont identifiés sur les fibres en traction quasi statique en fluage pour les différents niveaux hygro-thermique testés. Une rigidification de la fibre est révélée sous chargements cycliques progressifs dans des conditions environnementales constantes. Une chute du module d' Young initial de la fibre est remarquée quand l'humidité relative augmente. Une accélération de la vitesse de déformation différée de la fibre est obtenue en fluage lorsque des cycles d'humidité relative sont appliqués. Une baisse des propriétés mécaniques des fibres sous l'effet de la température est également observée. Elle dépend directement du niveau de la durée de l'exposition à la température. / The thesis work joins in the framework in joint supervision between the Polytechnic school in Thies (Sénégal) and the University of Franche-Comté (France)[...]The aim of this thesis is to contribute to the characterization of thermo-hygro-mechanical behaviour of elementary hemp fibres. These fibres used in this work have an average diameter approximately 20µm and useful length of only 10 mm. The méchanical, hygroscopic and thermal coupling testing are realized to provide some understanding of the behaviour of the hemp fibres and to collect details from a database on their mechanical performance.From the uniaxial quasi static tensile tests and creep tests, three categories of behaviours are measured and observed. How ever subject to constant environmental conditions, a fibre hardening is observed under cyclic tensile loading. It was also found that a drop of the initial Young 's modulus of the hemp fibres when the relative humidity gradually increases. Thus, the strain rates measured on the fibres during creep exhibited a speeding up relative humidity cycles are imposed . We found also that the mechanical properties of the fibres decrease under temperature effects. It depends directly on the level and exposure time to temperature

La bande transporteuse est utilisée dans l’industrie pour acheminer de la matière ou des objets dans de multiples domaines d’applications tels que les mines souterraines ou aériennes, les carrières, l’industrie alimentaire, l’industrie agricole ou les supermarchés. Ses composants lui permettent de travailler dans des conditions extrêmement difficiles. L’intérêt est porté sur les bandes transporteuses de mines de fond dont les contraintes de fonctionnement et d’acheminement sont particulières. En effet, la bande est acheminée sur rouleaux et jonctionnée sur le site de l’utilisateur pour former une bande sans fin. La jonction est le point faible de la bande transporteuse car sa résistance représente 50% seulement de la force de rupture nominale de la bande. L’objet de cette étude est de proposer une nouvelle solution de jonctionnement.Après avoir analysé les différentes contraintes mécaniques et chimiques auxquelles la bande transporteuse est soumise, une étude comparative sur les différents types de jonctions a été menée.Il y a les jonctions chimiques et les jonctions mécaniques. Chacune a des avantages et des inconvénients en termes de coût ou de longévité, qui ont été présentés. Dans un troisième temps, une étude a été menée sur la compréhension du comportement de rupture de la jonction mécanique. L’étude sur la jonction a été réalisée à l’aide d’un montage expérimental conçu spécifiquement. L’influence des paramètres de la jonction a pu être évaluée grâce à un nouvel indicateur adimensionnel représentant l’efficacité de la jonction par rapport à la bande normale (Junction Tensile Strength Efficiency : JTSE). Dans un quatrième temps, une étude a été faite sur un système de jonction innovant par couture. La jonction réalisée a été testée sur un banc de traction pour en vérifier l’efficacité, puis des essais ont été effectués sur un banc dynamique pour en étudier la fatigue. La jonction cousue est une innovation qui permet de dégager de nouvelles perspectives dans le jonctionnement des bandes transporteuses. / The conveyor belt is used as a material and object transportation tool in a lot of industries such as underground mines, quarries, food industries, agribusinesses or supermarkets. The studied subject is the underground mine conveyor belt, because of their transportation and use difficult conditions.Indeed, the conveyor belt must be cut to be dispatched using belt reeling and joined afterwards in the underground mine forming an endless belt. However, the junction is the weakest part of the conveyor belt due to the 50% belt weakening. The aim of this study is to propose a new junction solution. After analysing the underground belt mechanical and chemical use conditions, the different junction types have been analysed. A junction advantage and inconvenience comparison has been presented. Then, the junction mechanical behaviour has been studied using an original mechanical setup reproducing the mechanical junction. The different parameter influence has been evaluated using a new adimensional indicator called junction tensile strength efficiency. In the last part, a new junction solution made by a sewn has been explored. The sewn junction tensile efficiency has been tested on a tensile strength machine and its fatigue efficiency has been verified through dynamic tests. New outlines in the conveyor belt joining are open as a result of the sewn junction solution development.

Etudier le séchage est un moyen original de caractériser les propriétés de fluides complexes. Cette technique permet de concentrer continûment des fluides : d'un état dilué à un état sec. A l'échelle microfluidique, la manipulation, les observations et les processus qui entrent en jeu sont simplifiés. Ce travail de thèse s'attache à décrire le séchage de ces fluides et plus particulièrement le cas de dispersions colloïdales. Ces travaux présentent deux méthodes pour étudier l'extraction du solvant d'un fluide à l'échelle microfluidique : la micropervaporation et la goutte confinée. Ces techniques ont notamment permis de réaliser des estimations précises de coefficients de diffusion collective sur toute la gamme de concentrations pour un mélange eau/glycérol et pour une dispersion colloïdale de nanoparticules de silice chargées. Par ailleurs, le séchage induit des contraintes mécaniques conséquentes. Ces contraintes peuvent générer des déformations importantes, des phénomènes de délamination ou de fracturation du matériau solidifié. Une méthode originale de mesure in situ de contraintes a été mise en place pendant ces travaux. Les mesures réalisées avec une dispersion colloïdale modèle permettent de mettre en évidence expérimentalement l'apparition de contraintes mécaniques au moment de la transition sol/gel de la dispersion. L'augmentation de la contrainte est ensuite associée au séchage d'un gel poroélastique. / Drying complex fluids is an original technique to study their properties. Solvent extraction enables the continuous concentration of fluids from a dilute to a solid state. The use of the microfluidic scale allows one to limit side effects and simplify experiments, observations and modeling. This project mainly describes the drying of colloidal dispersions in two confined geometries: microfluidic channels and confined droplets between two plates. With these two techniques, we estimate collective diffusion for a water/glycerol mixture and a model dispersion of charged silica nanoparticles over the whole concentration range. Moreover, the drying of complex fluids often induces mechanical stresses which are the root for deformation, delamination phenomena and cracks. We developed an original technique to measure these stresses in situ. For a model colloidal dispersion, we evidenced experimentally that these forces arise from a liquid to solid state transition. The increase of these stresses is then associated with the drying of a poroelastic gel.

Le cartilage articulaire est composé de chondrocytes et d'une matrice extracellulaire organisés de manière stratifiée dans l'épaisseur du tissu. Ce tissu ne se régénère pas de manière efficace après une lésion. L'objectif de ce travail est de construire par pulvérisation des hydrogels à base d'alginate et de film multicouches de polyélectrolytes pour créer in vitro un néotissu pouvant combler des lésions de cartilage articulaire. La méthode a été validée en observant une bonne viabilité et une synthèse matricielle par les cellules, et de meilleures propriétés mécaniques des hydrogels pulvérisés à 0,9 bar par rapport au moulage. Après la pulvérisation de cellules souches mésenchymateuses, les résultats ont montré une bonne viabilité et une différenciation des cellules. Puis, des hydrogels bistratifiés ont été construits et cultivés jusqu'à 56 jours sans dissociation des couches et sans migration des cellules. Enfin, les hydrogels ont été fonctionnalisés en modifiant la composition des couches et en y appliquant des stimulations mécaniques. Les propriétés mécaniques des hydrogels varient en fonction de leur composition et sont meilleures pour ceux stratifiés. De plus, leur stimulation mécanique a permis de potentialiser l'effet du biomatériau sur la différenciation des cellules. En conclusion, cette étude montre que des cellules souches mésenchymateuses ensemencées dans un hydrogel bistratifié pulvérisé sont fonctionnelles en termes de différenciation chondrocytaire et de synthèse matricielle. Les propriétés mécaniques des hydrogels stratifiés ne sont pas altérées. De plus, la stimulation mécanique a potentialisé la différenciation des cellules / The articular cartilage is composed of chondrocytes and of a specific extracellular matrix which are organized depth-dependently. The tissue did not have an efficient self-renewal of defects. The purpose of this study is to build up layer-by-layer a stratified hydrogel by alternating gels and multilayers polyelectrolytes film spraying, in order to obtain a neotissu in vitro to fill lesions. First, the process was validated by observing a good cells viability and matrix synthesis, and stronger mechanical behaviors of sprayed hydrogels compared to molded one. Secondly, after their spraying, mesenchymal stem cells still have a good viability and their differentiation potential. Then, bistratified scaffolds were built up and cultured up to 56 days without layers dissociation and without cells migration between layers. Finally, scaffolds were functionalized by changing biomaterial composition and by applying mechanicals stimulations. Results show us not only that the composition influences the mechanical behavior of the hydrogel, but that the stratification did not affect it. Furthermore, mechanicals stimulations improve stem cells differentiation in function of biomaterials compositions. In conclusion, this study proves not only that we are able to build up stratified scaffold seeded with mesenchymal stem cells which still have their differentiation capability and synthesize matrix, but that mechanical behaviors are improved after the biomaterial spraying and not alter by the stratification. Moreover, mechanical stimulation applied to the scaffold improves the differentiation of mesenchymal stem cells to a chondrogenic phenotype

Les nanocomposites présentent des propriétés uniques dont l'origine est sujette à débat. Dans ce travail, nous cherchons à déterminer quel est l'impact de la morphologie de la charge et de son état de distribution sur les propriétés des matériaux. Pour cela, nous avons étendu un modèle théorique que nous résolvons numériquement.Nous avons étudié l'effet de la distribution des charges dans la matrice. Nous montrons qu'un état de distribution fortement hétérogène conduit à un renforcement plus important qui s'étend dans une plus large gamme de températures, mais augmente aussi la dissipation d'énergie. Ensuite, nous étudions l'effet de la structure des charges. Des particules parfaitement sphériques sont comparées à des agrégats fractals plus ou moins finement définis. Nous montrons que des objets finement définis peuvent s'imbriquer au sein de la matrice et conduisent à une augmentation du renfort et de la dissipation dans ces matériaux.Puis, nous étudions la réponse de nos systèmes lorsqu'ils sont soumis à une première élongation de forte amplitude. Nous montrons alors qu'un système hétérogène se plastifie localement progressivement au cours de la déformation alors qu'un système homogène présente une plastification catastrophique généralisée à partir d'une déformation critique. Enfin dans une dernière partie nous évaluons la possibilité d'étendre le modèle afin de simuler l'endommagement des nanocomposites. Nous introduisons pour cela un critère rupture local afin de prendre en compte l'endommagement du polymère entre les charges. Nous étudions ensuite comment se comportent les matériaux simulés en faisant varier la morphologie de la charge, son état de distribution et son taux.Ce travail constitue la première étude systématique de l'effet de la morphologie et de la distribution des charges sur les propriétés mécaniques des nanocomposites. Nous montrons que ces paramètres peu contrôlés sont pourtant des paramètres clés et peuvent servir à optimiser les propriétés d’usage d'un nanocomposite / Nano-filled elastomer composites are used in a very broad range of applications such as tires, damping materials and impact modifiers. The addition of nanoscale rigid particles in a polymer matrix induces nonlinear effects that are not yet fully understood far above the glass transition temperature of the pure matrix. A model of the reinforcement of nanocomposites based on the reduced mobility of the polymer confined between two spherical filler particles has been developed over the last ten years. In order to study the influence of the filler shape, structure, size, and dispersion state, we have extended the model were the morphology of the fillers is defined explicitly as spherical particles aggregated in the polymer matrix. The model is then solved by mesoscale numerical simulation in order to describe the mechanical properties of the nanocomposite. We study the mechanical response of nanocomposite filled with aggregates of different shapes and distribution state to deformations of various amplitudes in the reinforcement regime. We show that the mechanical behavior of nanocomposites strongly depends on the filler morphology and we propose that stress-relaxation mechanisms in the material are related to the disorder (particle size, aggregation number, distribution state) in the filler population. In a second part of this work, we study the mechanical response at larger amplitude in both a non-destructive and destructive regime. For that matter, the model has been extended in order to account for damaging of the polymer between filler particles.Our model opens the path for the development of systems with tailored properties by adjusting the fillers morphology and distribution.

Les matériaux composites constitués de fibres de carbone et de résine époxy présentent des propriétés spécifiques remarquables qui les destinent à une utilisation à grande échelle dans de nombreux domaines où des gains de masse sont recherchés, comme le transport. Les réservoirs d’hydrogène de type IV présents dans les véhicules automobiles en sont un exemple. Dans le cadre de la sécurité des biens et des personnes, le risque incendie doit alors être considéré : lorsqu’un réservoir d’hydrogène subit une agression thermique telle qu’un feu, son enveloppe en matériau composite est sujette à décomposition thermique qui, couplée aux transferts de chaleur et à l’endommagement dû au chargement mécanique, peut conduire à l’explosion de la structure. Pour prédire numériquement le comportement des réservoirs dans des situations de charges couplées, thermiques et mécaniques, un modèle construit sur la prise en compte des phénomènes ayant une conséquence majeure sur le comportement du matériau a été développé. Il intègre, dans un cadre thermodynamique, la microfissuration matricielle, la rupture des fibres et des interfaces fibres/matrice ainsi que le délaminage et représente les effets de la température sur les propriétés mécaniques. A cet endommagement mécanique est adjoint la décomposition thermique due aux températures élevées (>350°C). Elle induit des changements de structure du matériau due à la gazéification de la résine époxy, une modification des paramètres thermiques (ce qui a une influence sur les transferts de chaleur) et une perte des propriétés mécaniques.A l’échelle de l’éprouvette, des calculs sont menés afin de déterminer les paramètres des différents sous-modèles. Cela comporte les critères d’initiation et les lois d’évolution des endommagements, les paramètres réactionnels pour la décomposition thermique et les paramètres thermiques (masse volumique, capacité thermique et conductivité) pour chaque état de décomposition. Une méthode est proposée pour fixer les paramètres clés du couplage thermomécanique, à savoir l’influence de la décomposition thermique sur le comportement mécanique. Des calculs entièrement couplés sont également réalisés afin de déterminer le poids de chaque phénomène (température, décomposition thermique et endommagement mécanique) sur la rupture finale du matériau en condition d’exposition au feu.A l’échelle du réservoir hyperbare, des prédictions de pressions d’éclatement, en situation d’incendie et à température ambiante, sont menées. A température ambiante, le rôle de chaque processus d’endommagement dans la pression ultime est évalué afin de déterminer leur nécessité dans la modélisation. Dans des conditions d’incendie, le temps à éclatement est évalué lorsque le réservoir est soumis à différentes pressions internes. Le modèle est capable de prédire correctement la transition entre un mode d’éclatement à haute pression et un mode de fuite par le corps à plus faible pression, dû à la fusion du liner avant que le niveau de contraintes soit critique dans la coque composite et conduise à l’éclatement. Cette approche, mise en place à l’échelle du réservoir, permet donc d’établir la succession des événements menant à son éclatement (ordre et plis d’apparition des endommagements, champ de température dans l’épaisseur l’enveloppe composite, temps à explosion). / Composite materials made of carbon fibres and epoxy resin have remarkable specific properties that make them suitable for large-scale use in many areas where mass savings are required, such as transport. An example is the type IV hydrogen tank in motor vehicles. In the context of the safety of persons, the fire risk must then be considered: when a hydrogen tank undergoes thermal aggression such as a fire, its composite shell is subject to thermal decomposition which, coupled with heat transfers and damage due to mechanical loading, can lead to burst of the structure. To numerically predict the behaviour of tanks subjected to coupled load (thermal and mechanical), a model based on the phenomena having a major impact on the behaviour of the material has been developed. It involves, in a thermodynamic framework, matrix microcracking, fibre failure and fibre/matrix interfaces decohesion as well as delamination and represents the effects of temperature on mechanical properties. To this mechanical damage is added the thermal decomposition due to high temperatures (>350°C). It induces structural changes in the material due to the gasification of the epoxy resin, a change in thermal parameters (which has an influence on heat transfers) and a loss of mechanical properties.At the specimen scale, calculations are carried out to determine the parameters of the different sub-models. This includes initiation criteria and damage evolution laws, reaction parameters for thermal decomposition and thermal parameters (density, thermal capacity and conductivity) for each decomposition state. A method is proposed to determine the key parameters of thermomechanical coupling, namely the influence of thermal decomposition on mechanical behaviour. Fully coupled calculations are also performed to determine the weight of each phenomenon (temperature, thermal decomposition and mechanical damage) on the final failure of the material under fire exposure conditions.At the hyperbaric tank scale, burst pressure predictions, in a fire situation and at room temperature, are carried out. At room temperature, the role of each damage process in the ultimate pressure is evaluated to determine their relative weight in the modelling. Under fire conditions, the time to burst is evaluated when the tank is subjected to different internal pressures. The model is able to correctly predict the transition from a burst mode at high pressure to leak mode at lower pressure due to melting of the liner before the stress level is critical in the composite shell and leads to burst. This approach, implemented at the scale of the tank, therefore makes it possible to establish the sequence of events leading to burst (plies in which damage occurs, temperature field in the composite wall, burst time).

La peau est l’organe le plus grand du corps humain et représente ~10% de la masse corporelle. La bonne qualité de son état et de ses fonctionnalités est primordiale pour la santé d’un individu. La sécheresse cutanée constitue un phénomène commun dans différents dysfonctionnements physiopathologiques. Grâce à ses propriétés de protection de l’organisme vis-à-vis de son environnement, le stratum corneum (SC) est considéré comme le principal élément contrôlant l’hydratation. Ce travail de thèse, associant des développements techniques et méthodologiques, a conduit à la mise en évidence par microspectroscopie Raman confocale, des mécanismes moléculaires impliqués dans les phénomènes de sécheresse cutanée. Le lien moléculaire entre hydratation et stress mécanique du SC ex vivo est décrit de manière approfondie impliquant lipides et protéines tissulaires. Ces travaux ont également porté sur la caractérisation des modifications supramoléculaires responsables des déformations du SC sous stress mécanique. En parallèle, ce travail illustre l’intérêt des spectroscopies vibrationnelles comme outil d’évaluation des mécanismes d’action des produits hydratants.Le caractère non-invasif de la spectroscopie Raman a permis d’exploiter les fortes potentialités de cette technique en transposant in vivo l’utilisation des descripteurs spectraux obtenus ex vivo. Ainsi, nous avons développé une approche in vivo couplant la spectroscopie Raman et la méthode des moindres carrés partiels (PLS) pour la quantification indirecte de différents paramètres physico-chimiques et fonctionnels du SC y compris les lipides et l’eau conduisant à une caractérisation globale du statut physiopathologique du SC. / The skin is the largest organ of the human body, accounting for ~10% of the body weight. The quality of its state and functionality is essential for the human health. Dry skin is a common phenomenon in various physiopathological dysfunctions. The uppermost layer of the skin, the stratum corneum assumes the first barrier between organism and environment, it is thus considered as the main element controlling skin hydration. This work, combining technical and methodological developments, led to highlight the molecular mechanisms involved in skin dryness phenomena by confocal Raman microspectroscopy. The molecular link between hydration and mechanical stress of SC ex vivo is described in detail involving lipids and proteins. This work has also focused on the characterization of supramolecular changes related to the deformations of the SC under mechanical stress. In parallel, this work illustrates the effectiveness of vibrational spectroscopy for evaluation of moisturizers mechanisms of action. The non-invasive nature of Raman spectroscopy allowed exploiting the high potential of this technique by transposing spectral descriptors obtained ex vivo to in vivo. Thus, we developed an in vivo approach coupling Raman spectroscopy and partial least squares method (PLS) for indirect quantification of different physico-chemical and functional parameters including the SC lipids and water leading to an overall characterization of the SC physiopathological status.

Dans un bâtiment, les déperditions thermiques proviennent de diverses parties opaques (mur, toit et plancher) qui peuvent contenir du béton. Il est donc intéressant d'envisager des formulations de béton de structure avec des propriétés d'isolation thermique améliorées. L'utilisation de granulats légers, qui possèdent de bonnes propriétés thermiques grâce à leur structure poreuse, peut être une solution pour améliorer la capacité d'isolation des éléments en béton. Cette technique d'isolation répartie peut permettre d'éviter des dispositifs constructifs lourds tout en répondant aux exigences de la RT 2012. La présente étude a pour objectif d'optimiser le couple performance mécanique - capacité isolante des bétons de granulats légers. Elle repose sur une double approche expérimentale et numérique.Les bétons de granulats légers ciblés ont une masse volumique inférieure à 1500 kg/m3 et une résistance en compression supérieure à 25 MPa. L'influence de la nature des granulats légers, du taux de substitution du sable alluvionnaire par du sable léger, du rapport E/C et de l'ajout de fumée de silice sur les performances mécaniques et thermiques des bétons est étudiée afin de proposer des formulations adéquates pour une large gamme d'usage structurel. Le module d'Young, la résistance en compression, la conductivité thermique et la diffusivité sont mesurées sur 25 formulations de bétons de granulats légers. Le comportement thermique de ces différents bétons en fonction de facteurs climatiques, comme la température et le degré d'humidité est aussi examiné afin d'optimiser leurs propriétés d'isolation thermique. L'ensemble des résultats expérimentaux permet une meilleure compréhension de la relation entre la formulation des bétons de granulats légers et leur rapport performance mécanique / pouvoir isolant. En s'appuyant sur certaines mesures expérimentales, des modélisations numériques reposant sur des techniques d'homogénéisation permettent d'identifier des propriétés thermiques (conductivité thermique, chaleur spécifique) et mécaniques (module d'Young, résistance à la rupture) des granulats légers (gravillons et sables) difficilement mesurables expérimentalement. Connaissant les propriétés thermiques et mécaniques des différents constituants, des modélisations prédictives des comportements macroscopiques des bétons légers sont développées à partir de schémas d'homogénéisation pour des matériaux multi-phases polydisperses. Les outils développés sont comparés et validés par confrontation aux mesures expérimentales pour les différentes familles de bétons de granulats légers étudiés. Ils permettront par la suite d'alléger les coûts et délais des campagnes expérimentales de mise au point des formulations. La modélisation, sur une année, des transferts thermiques à travers une enveloppe de bâtiment en béton de granulats légers permet de quantifier l'amélioration des performances thermiques des bétons de granulats légers par rapport à un béton classique. / In a building, heat is lost through a variety of surfaces (wall, roof and floor) that may contain concrete. It is therefore useful to consider alternative concrete structures with improved thermal insulation properties. The use of lightweight aggregates, which have good thermal properties due to their porous structure, can present a solution for improving the insulation capacity of the concrete elements. This embedded insulation technique allows lighter construction systems while satisfying the requirements of the RT 2012. This study aims to optimize the mechanical performance/insulating capacity coupling of lightweight aggregate concrete. It is based on a double approach of experimental and numerical analysis.The targeted lightweight aggregate concretes have a density lower than 1500 kg/m3 and a compressive strength higher than 25 MPa. The influence of the lightweight aggregate nature, the rate of substitution of alluvial sand by lightweight sand, W/C ratio and the addition of silica fume on the mechanical and thermal performances of concrete is studied. This allows to identify formulations suitable for a wide range of structural applications. Young's modulus, compressive strength, thermal conductivity and diffusivity are measured on 25 formulations of lightweight aggregate concrete. The thermal behavior of these concretes, including sensible and latent heat transfer, is also examined in order to optimize their thermal insulation properties. The experimental results provide a better understanding of the relationship between the formulation of lightweight aggregate concrete and the mechanical performance to insulating capacity ratio. Based on some experimental measurements, numerical modeling is carried out in order to identify the thermal properties (thermal conductivity, specific heat) and mechanical properties (Young's modulus, fracture strength) of lightweight aggregates (gravel and sand) which are difficult to measure experimentally. Homogenization methods for two phase materials are used for this purpose. By knowing the thermal and mechanical properties of different components, the predictive modeling of the macroscopic behavior of lightweight concrete can be developed from homogenization schemes for multi-phase polydisperse materials. The analytical methods developed are validated by comparison with experimental measurements for the different families of lightweight aggregate concrete studied. They will eventually alleviate the costs and delays of the experimental analysis. The heat transfer over a year through the building envelope made of lightweight concrete is modeled in order to quantify the improvement in thermal performance of lightweight aggregate concrete compared to normal concrete.

Avec l'âge, les propriétés mécaniques des os se détériorent, conduisant à un risque accru de fracture. Bien que les mesures de densité minérale osseuse permettent de prédire, dans une certaine mesure, ces risques, elles restent insuffisantes dans un grand nombre de cas. Une compréhension plus complète des différents facteurs permettant de définir la « qualité » d'un os est donc souhaitable. Il est connu que la résistance à la fracture de tissus osseux est affectée non seulement par la glycosylation non-enzymatique du collagène, mais aussi par des protéines non collagéneuses comme l'ostéocalcine (OC) et l'ostéopontine (OPN). Cependant, le rôle structural de ces deux protéines dans l'os est mal connu, de même que la façon dont elles contribuent aux propriétés mécaniques globales. L'objectif de cette thèse est donc de répondre à ces deux points. Un modèle synthétique a ainsi été développé pour élucider quelles sont les interactions-clés gouvernant l'interaction de l'OC et l'OPN avec la phase minérale osseuse. Par ailleurs, en utilisant des os de souris génétiquement modifiées (déficientes en OC et/ou OPN), des études RMN solide ont été menées, pour élucider le rôle de l'OC et l'OPN à l'interface organique-inorganique. Leur lien avec les propriétés mécaniques a aussi été étudié en détail, via des tests de rupture, de fatigue et de fluage. Les résultats obtenus montrent que l'OC et l'OPN ont un rôle structural important dans les tissus osseux, et qu'elles contribuent aux propriétés mécaniques par le biais de leurs interactions ioniques, au niveau des interfaces entre les fibrilles de collagène minéralisés. / The decrease in bone mechanical properties occurs with age. The associated fragility fractures present a global public health concern. The use of bone mineral density as a predictor of risk of fracture is, however, limited. A more comprehensive understanding of bone quality and its link to bone fragility is thus desirable. Besides the brittleness caused by nonenzymatic glycation of collagen, bone fracture resistance is also influenced by noncollagenous components such as osteocalcin (OC) and osteopontin (OPN). The structural role of OC and OPN in bone and how they contribute to mechanical properties is however unclear. The objective of this thesis is to elucidate these two aspects. Key interactions associated with the binding of OC and OPN to bone mineral were studied in a synthetic model. Using genetically modified animal model lacking OC and/or OPN, the role of OC and OPN in organic-inorganic interface was examined by solid state NMR, and their link to mechanical properties was studied via a series of tissue level mechanical tests, measuring fracture toughness, creep, or fatigue. Based on the results obtained, it is concluded that OC and OPN are present as structural elements in bone and contribute to tissue mechanical properties via ionic interactions at the interfaces between mineralized fibrils.