Ce travail concerne la mise en oeuvre expérimentale de la méthode des champs virtuels (MCV) pour identifier des paramètres pilotant une loi de comportement élastoplastique. La méthode a déjà été validée sur des données simulées, mais plusieurs aspects restaient à analyser pour une application expérimentale. La méthode d'identification est basée sur la minimisation d'une fonction coût traduisant l'écart à l'équilibre de la structure testée. Cette fonction coût est construite à partir du principe des travaux virtuels (pour plusieurs champs virtuels choisis arbitrairement), des champs cinématiques mesurés à la surface de l'éprouvette et de la force de traction appliquée. Dans un premier temps, un essai de traction sur une éprouvette plane à section variable, conduisant à un état de contrainte quasiment uniaxial, a été mis en place. Cette essai a conduit à l'identification des six paramètres d'une loi élastoplastique isotrope. Les valeurs des paramètres identifiés coïncident avec les valeurs de référence identifiées lors d'essais de traction classiques. La stabilité de l'identification vis à vis des paramètres influant a été examinée. Dans un deuxième temps, des essais mécaniques générant des champs de contraintes multiaxiales ont été conduit sur des éprouvettes planes à entailles circulaires. Les paramètres identifiés à partir de ces essais se sont révélés d'avantage éloignés des valeurs de référence. Plusieurs hypothèses ont été évoquées pour expliquer ces écarts, comme une construction non optimale de la fonction coût ou des erreurs lors du choix du modèle décrivant le comportement du matériau.

Des patchs en matériaux composites sont classiquement utilisés dans l'aéronautique pour la réparation des structures métalliques présentant des dommages de<br />type fissures, criques ou impacts. Une alternative à la réparation de ces structures consiste à les renforcer préventivement, avant que les défauts n'apparaissent. Le<br />contexte de ce travail est celui de la maintenance préventive de structures métalliques aéronautiques par renforts composites, dans le but de retarder l'apparition ou la propagation de fissures.<br />La conception des renforts nécessite l'utilisation d'outils spécialisés pour définir les caractéristiques optimales du patch : géométrie, nombre de plis unidirectionnels,<br />orientation des plis les uns par rapport aux autres, positionnement autour de la zone à soulager... Pour cela, un programme d'optimisation de patchs par algorithme<br />génétique a été écrit. Il est couplé à un logiciel de calcul par éléments finis : Ansys.<br />L'algorithme génétique mis en oeuvre a permis de déterminer des caractéristiques de patchs dont la géométrie extérieure est définie par une courbe spline fermée, ceci afin de réduire de manière optimale les contraintes mécaniques dans une zone donnée, et<br />ce pour différents types de sollicitations.<br />De nombreuses d´efaillances des assemblages collés patch/substrat sont liées à des concentrations de contraintes dans la colle dues à l'existence d'une zone de<br />transfert progressif d'effort du substrat vers le patch. Des approches unidirectionnelles du transfert d'effort sont classiquement utilisées dans la littérature. Elles ne<br />tiennent cependant pas compte d'effets bidimensionnels comme la différence des coefficients de Poisson qui peut exister entre le substrat et le composite. A partir des<br />équations d'équilibre, des modèles analytique et numérique bidimensionnels ont donc été développés. Des phénomènes de couplages bidimensionnels ont ainsi bien été mis en évidence.<br />Parallèlement, des essais de traction uniaxiale ont été réalisés sur des éprouvettes en aluminium renforcées par des patchs en carbone/époxyde. La méthode de la grille a été utilisée pour mesurer des champs cinématiques en surface du patch composite.<br />Cette méthode a permis d'étudier expérimentalement le transfert des efforts entre le substrat et le renfort suivant les deux dimensions du problème et de comparer les résultats obtenus avec les différents modèles développés au préalable.

Ce travail porte sur l'amélioration de la méthode de la grille afin de mesurer avec de meilleures performances métrologiques des champs de déformation en surface d'éprouvettes soumises à des sollicitations mécaniques. Une procédure d'obtention directe des déformations à partir d'images de grilles a été proposée dans ce but. L'influence des défauts de la grille a également été caractérisée et une procédure adaptée a été développée pour l'éliminer. Les outils proposés ont été appliqués dans le cas de grilles unidirectionnelles et croisées. Les performances métrologiques ont été estimées avec des essais adaptés. Enfin, la méthode a été appliquée à un essai sur un multicristal d'aluminium, montrant ainsi sa mise en oeuvre dans un cas complexe de caractérisation de comportement de matériau

L’objectif du présent travail est d’étudier expérimentalement et numériquement la fissuration des bois tropicaux issus de la forêt gabonaise, à savoir : le Milicia excelsa (iroko),l’ Aucoumea klaineana pierre (okoumé) et Pterocarpus soyauxii (padouk). Cette étude est axée sur le processus de croissance de la fissure en mode d’ouverture et en mode mixte des trois essences à l’aide d’éprouvettes Compact Tension Shear (CTS) et Mixed Mode CrackGrowth (MMCG) modifiées. Les éprouvettes sont montées dans un système Arcan et placées dans une machine d’essai électromécanique. La méthode de la grille est utilisée pour mesurer les champs de déplacements et de déformations au voisinage de la fissure. Ces cartes ainsi obtenues permettent d’obtenir l’ouverture et la longueur de la fissure tout au long de l’essai. Les courbes force en fonction de l’ouverture de la fissure sont déduites des mesures. La méthode de la complaisance à déplacement imposé est utilisée pour calculer le taux de restitution d’énergie G en mode d’ouverture de fissure et en mode mixte. Les résultats ont montré un effet de l’épaisseur sur la fissuration. Ces résultats ont aussi permis de mettre en évidence une proportionnalité de la densité par rapport aux paramètres de rupture de ces essences. En mode mixte les valeurs de l’évolution de G sont présentées en fonction de la longueur de fissure après découplage des modes (séparation du mode 1 et du mode 2). On observe pour l’okoumé par exemple, que les rapports des taux de restitution d’énergie des deux modes sont constants, ce qui justifie le caractère intrinsèque des paramètres de fissuration obtenus. Des comparaisons faites avec les résultats issus de de la littérature sur les essences tempérées de même densité ont montré des similitudes. / The objective of the present work is to study experimentally and numerically the crackingbehavior of tropical woods from the Gabonese forest, namely : Milicia excelsa (iroko), Aucoumeaklaineana pierre (okume) and Pterocarpus soyauxii (padouk). This study focuseson the crack growth process in crack opening mode and mixed mode of these three speciesusing Modified Tension Shear (CTS) and Mixed Mode Crack Growth (MMCG) specimens.The specimens are mounted in an Arcan system and placed in an electromechanical testingmachine. The grid method is used to measure the displacement and strains fields near the tipcrack. These maps make it possible to obtain the opening and the length of the crack duringthe tests. The curves force showing the face as a function of the crack opening are deducedfrom the measurements. The experimental critical energy release rate G is evaluated by thecompliance method in imposed displacement. The results show an effect of the thickness oncracking. These results also made it possible to demonstrate a proportionality of the densitywith the parameters of rupture of these species. In mixed mode, after decoupling the modes(separation of mode 1 and mode 2), the values of G are presented as a function of to the cracklength. For Okume, for example, it was observed that the ratios of the energy release ratesof the two modes are constant, which justifies the intrinsic character of the cracking parameterswere obtained. Comparisons made with results from the literature review on temperatespecies of the same density showed similarities.

Ce travail porte sur des essais de traction réalisés sur des éprouvettes d'aluminium lithium entaillées, avec des observations in-situ du champ de déformations.La réduction de consommation de carburant est actuellement une priorité pour l'aviation. Les alliages d' Al-Li sont d'excellents candidats pour réduire le poids des avions puisqu'ils combinent de très bonnes propriétés mécaniques avec une densité inférieure à celle des alliages conventionnels. Cependant, les propriétés mécaniques de ces matériaux sont fortement anisotropes, et il est essentiel de contrôler ce phénomène afin d'utiliser le matériel à bon escient. À cette fin, il est nécessaire d'avoir le maximum d'informations sur le matériau tant sur ses propriétés microstructurales (taille et forme des grains...) que mécaniques (élasticité, module de Young, résistance à la fissuration ...). Mais la connaissance de ces propriétés mécaniques globales n'est pas suffisante pour maximiser la résistance à la fissuration (critique dans l'application aéronautique). Dans ce contexte, ce travail vise à quantifier l'influence de la microstructure locale (orientation et la taille des grains) sur la fissuration.La propagation des fissures dans des tôles d'épaisseur 2 mm a été analysée. Les essais de traction ont été effectués sur des échantillons entaillés avec observation in-situ du champ de déplacement.Ainsi, la méthode de la grille a été adaptée pour déterminer de grandes déformations dans les grains. Le champ de déplacement a été caractérisée par la déformation d'une grille croisée collée (pas 30 um), et les paramètres affectant la qualité des résultats (résolution et résolution spatiale) ont été optimisés. Afin de compenser le mouvement du corps rigide, un nouveau système automatique d'acquisition d'image conduisant à de petites déformations entre chaque image a été développé. Une nouvelle méthode d'extraction de phase a été instauré, permettant un déroulage temporel de la phase.

Le bois est en général étudié comme un matériau orthotrope et homogène, mais en réalité il existe des gradients de propriétés mécaniques et physiques dans chaque direction. En effet, le bois est constitué d’une alternance de cernes annuels de croissance constitués de bois d’été, de printemps et de transition. Ces cernes sont plus réguliers dans la plupart des résineux que dans les feuillus. Dans le présent document, on s’intéresse à l’étude et à l’identification des propriétés de diffusion hydrique d’un résineux à l’échelle du cerne, le sapin blanc du Massif Central. Une telle étude nécessite l’utilisation d’une technique de mesure de champ sans contact, ici la méthode de la grille. Cette dernière offre la possibilité d’observer l’hétérogénéité du bois à l’échelle du cerne avec des champs de déformations. Elle permet donc d’obtenir la réponse sous sollicitations hydriques des bois d’été et de printemps. Cette technique de mesure est couplée à une méthode d’identification inverse des paramètres de comportement hydrique que nous avons mise en place. Elle permet d’obtenir les coefficients de diffusion des bois d’été et de printemps dans la direction tangentielle de diffusion, ainsi que leurs coefficients d’expansion hydrique dans la direction radiale à partir des cartes de déformations obtenues par la méthode de la grille. La méthode de la grille est également utilisée pour l’étude du comportement du bois sous environnement constant ou variable, et sous contrainte mécanique de compression radiale. Des méthodes d’identification sont également proposées afin de déterminer les propriétés mécaniques selon la direction radiale du bois à l’échelle du cerne, ceci à partir des cartes de déformation. / Wood is generally studied as an orthotropic and homogeneous material, but in reality there are gradients of mechanical and physical properties in each direction. Indeed, wood consists of summer and spring woods which manifest annual growth rings. These latter are more regular in most of softwoods than in hardwoods. In this paper, we are interested in studying and identifying the properties of a resinous under water diffusion, namely the white fir of the Massif Central. This study requires the use of a contacless full-field measurement technique. The grid method is used here. This latter offers the opportunity to observe the heterogeneity of wood at the ring scale through the strain fields. It thus provides the response of latewood and earlywood under water stress. This measurement technique is coupled with an inverse method to identify the water behavior parameters. This inverse method provides latewood and earlywood diffusion coefficients along the tangential diffusion direction, as well as their coefficients of expansion in the radial direction from the strain maps. The grid method is also used to study the behavior of wood under constant or variable environment when it is subjected to radial compression. Some identification methods are also proposed to determine from the deformation maps the mechanical properties along the radial direction of wood at the ring scale.

Les enrobés bitumineux sont des matériaux composites complexes constitués de plusieurs phases : granulats, liants bitumineux et vides. L'assemblage de ces phases définit une microstructure très complexe qui pilote la réponse macroscopique des enrobés. Classiquement, les réponses mécanique et thermique des enrobés sont caractérisées par des essais à l'échelle macroscopique en supposant que le matériau est homogène et isotrope. À l’échelle des constituants, la caractérisation de ces matériaux nécessite d’utiliser une technique de mesure disposant simultanément d’une bonne résolution spatiale et d’une bonne résolution de mesure. L’enjeu de ce travail est d’une part d’évaluer les possibilités d’utilisation de la méthode de la grille (MG) pour l’analyse des propriétés thermo-mécaniques des enrobés bitumineux, et d’autre part de caractériser, grâce à l’apport de cette méthode, l’effet de l’introduction d’agrégats d’enrobés (AE). L’étude expérimentale comprend des essais de compression et de traction ainsi que des essais de gel-dégel. Les champs cinématiques issus de la MG ont permis d'étudier la réponse de ces matériaux à des échelles allant de l’échelle du constituant jusqu’à celle de l’éprouvette. Les résultats obtenus ont également permis de valider une approche expérimentale innovante pour l’analyse des enrobés en permettant d’accéder à des informations fiables et riches à l’échelle de la microstructure. Certains aspects liés à l'impact du recyclage sur le comportement local de l’enrobé sont également fournis. / Asphalt mixtures are complex composite materials constituted of several phases, namely aggregates, bituminous binder and voids. The assembly of these phases defines a highly complex microstructure, which drives the macroscopic response of asphalt mixtures. Classically, both the mechanical and the thermal responses of asphalt materials are characterized by using experiments at the scale of the mixture assuming that the material is homogeneous. At the scale of their constituents, these materials require a measurement technique featuring simultaneously both a good spatial resolution and a good strain resolution. To date, there are only few experimental studies available in the literature that describe the thermal and mechanical behavior of bituminous mixes at the scale of the constituent. The aim of this work is, on the one hand, to evaluate the possibilities of using the grid method (GM) for the analysis of the thermo-mechanical properties of asphalt mixtures and, on the other hand, to characterize the effect of the recycled asphalt pavement (RAP) inclusion on the local behavior of these materials. Full-field measurements provided by GM allow to study the response of these materials at scales ranging from the component to the mixture itself. These results enable us to validate an innovative experimental approach for the analysis of asphalts. It gives access to reliable and rich information at the scale of the microstructure. Some aspects related to the impact of RAP on the local behavior of asphalt were also provided.

Ce travail porte sur des essais de traction réalisés sur des éprouvettes d’aluminium lithium entaillées, avec des observations in-situ du champ de déformations.La réduction de consommation de carburant est actuellement une priorité pour l’aviation. Les alliages d’ Al-Li sont d'excellents candidats pour réduire le poids des avions puisqu’ils combinent de très bonnes propriétés mécaniques avec une densité inférieure à celle des alliages conventionnels. Cependant, les propriétés mécaniques de ces matériaux sont fortement anisotropes, et il est essentiel de contrôler ce phénomène afin d'utiliser le matériel à bon escient. À cette fin, il est nécessaire d'avoir le maximum d'informations sur le matériau tant sur ses propriétés microstructurales (taille et forme des grains...) que mécaniques (élasticité, module de Young, résistance à la fissuration ...). Mais la connaissance de ces propriétés mécaniques globales n'est pas suffisante pour maximiser la résistance à la fissuration (critique dans l'application aéronautique). Dans ce contexte, ce travail vise à quantifier l'influence de la microstructure locale (orientation et la taille des grains) sur la fissuration.La propagation des fissures dans des tôles d’épaisseur 2 mm a été analysée. Les essais de traction ont été effectués sur des échantillons entaillés avec observation in-situ du champ de déplacement.Ainsi, la méthode de la grille a été adaptée pour déterminer de grandes déformations dans les grains. Le champ de déplacement a été caractérisée par la déformation d'une grille croisée collée (pas 30 um), et les paramètres affectant la qualité des résultats (résolution et résolution spatiale) ont été optimisés. Afin de compenser le mouvement du corps rigide, un nouveau système automatique d'acquisition d'image conduisant à de petites déformations entre chaque image a été développé. Une nouvelle méthode d'extraction de phase a été instauré, permettant un déroulage temporel de la phase. / This work concerns tensile tests carried out on notched Aluminum-Lithium specimens, with in-situ observations of the strain field.Reducing aviation fuel consumption is currently a priority. Al-Li alloys are excellent candidates for reducing weight of aircrafts. They combine very good mechanical properties with a lower density than conventional alloys. However, the mechanical properties of these materials are highly anisotropic, and it is essential to control this phenomenon in order to use the material wisely. To that end, it is necessary to have an enormous amount of information on the material both microstructural (size and shape of grains ...) and mechanical (yield strength, Young modulus, resistance to cracking ...) properties. But the knowledge of these overall mechanical properties is not enough to maximize resistance to cracking (critical in aeronautic application). In this context, this work aims to quantify the influence of local microstructure (orientation and size of grains) on cracking.Crack propagation in 2 mm thick Al-Li sheet metal has been analyzed. Tension test were carried out on deeply notched specimens with optical in-situ observation of the displacement field.Thus, grid method was adapted to determine large strains in the grains. The displacement field was characterized through the deformation of a bonded crossed square grid (path 30 µm), and the parameters affecting the quality of results (resolution and spatial resolution) have been optimized. In order to compensate the rigid body motion, a new automatic image acquisition system leading to small strains between each image have been developed. A new phase extraction method has been introduced allowing a temporal phase unwrapping.