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.

Ce travail présente le développement théorique et l'application expérimentale d'une méthode permettant l'identification simultanée des caractéristiques élastiques et d'amortissement d'un matériau isotrope à partir d'essais de plaques minces en vibration. La théorie montre que les paramètres recherchés peuvent être extraits des champs de flèche et de courbure mesurés à la surface de l'éprouvette à deux instants particuliers du mouvement vibratoire. L'application expérimentale consiste dans la réalisation d'un dispositif original d'excitation couplé avec l'adaptation d'une technique optique permettant la mesure des champs de pentes présentés par la plaque. Ces dispositifs sont associés à un traitement des images permettant la détermination des champs de flèche et de courbure utilisés dans la procédure d'identification mettant en oeuvre la méthode des champs virtuels. Ces derniers peuvent être considérés comme des filtres choisis pour permettre l'identification des paramètres recherchés. Une procédure a été développée permettant la sélection des champs virtuels optimaux respectant tout à la fois les conditions aux limites de la plaque et minimisant les effets du bruit de mesure sur les résultats de l'identification.

La présente étude a pour objectif d'identifier non seulement la position mais également la réduction locale de rigidité au sein d'une zone endommagée d'une plaque mince composite. Pour cela, des mesures de champs de pentes par déflectométrie sont couplées à une technique d'identification inverse dédiée au traitement des mesures de champs : la méthode des champs virtuels. Cette méthode se base sur l'écriture de l'équilibre global via le principe des travaux virtuels. Elle a été adaptée ici pour identifier des rigidités spatialement variables. Deux paramétrisations ont été étudiées : discrète (par morceaux) et continue (polynômes). Dans ce document, la procédure est décrite en détail, validée sur des simulations puis testée expérimentalement. Les résultats confirment le potentiel de la méthode dans différents cas. Néanmoins, elle est mise en défaut lorsque l'hypothèse de distribution linéaire des déformations dans l'épaisseur n'est plus vérifiée, ce qui est le cas d'un délaminage unique sur le plan moyen de la plaque, par exemple. Ce cas de figure est heureusement assez éloigné d'un endommagement par impact réel et un premier résultat sur plaque impactée le confirme.

Dans le cas des matrices polymères à fibres, les efforts sont transférées de la matrice aux renforts par une zone tridimensionnelle appelée interphase. Ses propriétés résultent des interactions physico-chimiques des composants. Deux difficultés SE PRODUISENT : tout d'abord, la nécessité d'étudier l'interphase une fois que le composite est fabriqué et en second lieu, sa taille qui varie d'un nanomètre à quelques micromètres. Cette étude a pour but de mettre au point un protocole de caractérisation des propriétés mécaniques d'une interphase d'un microcomposite. Les champs de déformations, obtenus par dérivation numérique des champs de déplacements expérimentaux, sont traités par une approche inverse, telle que la méthode des champs virtuels, pour permettre l'identification des rigidités du matériau composant l'interphase. Deux techniques expérimentales ont été mises en place pour mesurer le champ de déplacement dans l'interphase pendant un essai de traction : une adaptation du moiré interférométrique (résolution spatiale micrométrique) et la corrélation d'images numériques avec un microscope à grande distance frontale (analyse subpixel). Une comparaison est faite entre ces deux techniques pour cette étude. Le champ des déformations est analysé par la méthode des champs virtuels afin de déterminer les paramètres régissant la loi du comportement de l'interphase.

Dans ce travail, une méthode d'identification des paramètres de rigidité du bois a été étudiée et appliquée à l'essence pin maritime (P. pinaster) dans le plan LR. Cette approche est basée sur la méthode de champs virtuels (MCV) et sur la mesure de champs de déplacements sur une éprouvette parallélépipédique chargée avec le montage de cisaillement d'Iosipescu. Cet essai a été conçu afin d'activer plusieurs rigidités, générant des champs de déformation non homogènes. Ces champs ont été déduits à l'aide d'une méthode d'approximation polynomiale des champs de déplacement mesurés par la méthode de la grille. Les paramètres constitutifs ont ensuite été déterminés par la MCV. L'approche a été validée numériquement et expérimentalement. Deux configurations d'éprouvette avec le fil du bois orienté à 0° et à 45° ont été comparées. Avec la configuration à 0°, seuls les paramètres Q11 et Q66 (rigidités longitudinale et de cisaillement) ont été identifiés avec une dispersion acceptable. L'orientation à 45° a introduit une redistribution des champs de déformation permettant notamment une meilleure identification du paramètre Q22 (rigidité radiale ou transverse). Cette dernière configuration a été employée dans une étude concernant la variabilité radiale des rigidités à l'intérieur de la grume de l'arbre. Il a été constaté que Q22 et Q66 diminuent du centre à la moitié du rayon de la grume et augmentent après jusqu'à la périphérie.

Cette étude consiste à développer des outils permettant de mieux caractériser le comportement de matériaux ayant subi des transformations lors du procédé de fabrication d'une structure (mise en forme, assemblage). Pour cela, la démarche mise en place s'organise autour de quatre chapitres. Dans le premier, une étude bibliographique permet de faire l'état de l'art des différentes méthodes d'identification de loi de comportement non linéaires. A la suite de cette étude, la Méthode des Champs Virtuels, couplée à des mesures par stéréo corrélation d'images, est mise en œuvre pour identifier les paramètres d'une loi de comportement (élastoplastique) à partir de champs de déformation fortement hétérogènes. Le but de cette étude est de mieux comprendre quels sont les facteurs expérimentaux et numériques pouvant corrompre les résultats de l'identification. Le second chapitre est consacré au développement et à la validation des outils numériques qui seront utilisés pour caractériser le comportement du matériau. Le troisième porte sur l'étude des conséquences de l'utilisation de données expérimentales (imparfaites) sur le calcul de l'équation d'équilibre à la base de la procédure d'identification. Enfin, dans le dernier chapitre, les paramètres du modèle de comportement matériau sont identifiés à partir d'essais fortement hétérogènes (essais Arcan 0°, 45° et 90°). Les résultats obtenus mettent en évidence l'importance des hypothèses utilisées pour modéliser le comportement du matériau ainsi que le fort potentiel de la Méthode des Champs Virtuels pour caractériser le comportement de matériau. Fort potentiel qui peut d'ailleurs être un inconvénient si le problème est mal défini.

Ce travail avant tout numérique concerne l'identification directe des rigidités d'une plaque mince anisotrope avec la méthode dite des champs virtuels. Cette méthode est basée sur l'utilisation du principe de travail virtuel avec des champs virtuels particuliers. L'intérêt est d'identifier plusieurs paramètres inconnus à partir d'un seul essai générant des champs de contraintes hétérogènes et pour lequel aucun lien direct n'existe entre données du problème et déformations ou déplacements en des points donnés.<br />Deux aspects originaux sont développés dans ce travail. Le premier concerne des champs virtuels définis par sous-domaines. Le deuxième concerne l'optimisation des conditions d'essai vis-à-vis du bruit de mesure. La caractérisation d'une plaque endommagée est également examinée. Enfin, quelques essais ont permis de confirmer certains résultats trouvés dans la première partie du travail.

Les travaux de la thèse visent à mettre en place une méthodologie innovante de caractérisation du comportement viscoplastique des matériaux métalliques sous chargement purement inertiel. Sous chargements mécaniques extrêmes (e.g., crash, impact ou explosions), leur comportement mécanique présente en effet pour nombre d’entre eux une sensibilité à la vitesse de déformation. Des approches dites statiquement déterminées sont majoritairement utilisées pour caractériser leur comportement, mais elles requièrent de nombreux essais dont les conditions expérimentales sont souvent contraintes comme par exemple l’homogénéité de la vitesse de déformation qui doit être maintenue constante en temps par exemple. En revanche, des approches dites statiquement indéterminées permettent l’exploitation d’essais mécaniques avec peu d’hypothèses (voire sans) sur les conditions d’essai. Une méthodologie fondée sur un essai d’impact purement intertiel est mise en oeuvre ici pour identifier le comportement viscoplastique de ces matériaux. Avec la Méthode des Champs Virtuels, la méthodologie permet l’identification des paramètres matériaux en exploitant uniquement la mesure des champs de déformation et d’accélération, potentiellement hétérogènes en temps et en espace. Ainsi, celui-ci peut être caractérisé sur une large gamme de déformations et de vitesses de déformation plastiques en procédant à un nombre limité d’expériences. La méthode repose sur le développement d’un simulateur d’images avancé permettant de définir au préalable l’ensemble du dispositif expérimental (géométrie de l’éprouvette et conditions expérimentales). Optimisées numériquement pour prescrire les paramètres d’essai critiques, les réalisations expérimentales menées sur un alliage de Titane utilisé dans l’industrie aéronautique ont permis d’identifier les paramètres d’un modèle de Johnson-Cook sur un spectre de déformations et de vitesses de déformation plastiques pré-déterminé. Les incertitudes de la mesure sont également intégrées et analysées dans ce travail. / This thesis aims at developing an innovative methodology for viscoplastic material behaviour characterization of metallic materials under purely inertial loads. Indeed, their mechanical behaviour under extreme conditions (e.g., crash, impact or explosions) is often rate-dependant. Statically determinate approaches are mainly used to characterize their behaviour. However, they require numerous tests for which testing conditions are strongly constrained, such as the strain rate which has to remain constant in time and space for instance. By contrast, statically undeterminate approaches enable test processing with a few (or without) hypotheses on experimental conditions. In this work, the Image-Based Inertial Impact test methodology has been extended to characterize the viscoplastic behaviour of metallic materials. Owing to the Virtual Fields Method, it enables the identification of constitutive material parameters with the sole knowledge of strain and acceleration fields (possibly heterogeneous in time and space). Therefore, constitutive models can be characterized over a wide range of plastic strain and strain rate, while the number of tests is limited. Tests design notably relies on the development of a synthetic images generator to determine the experimental setup (e.g., specimen geometry or testing conditions). Finally, experiments are carried out with optimized test configurations to identify Johnson-Cook parameters over a predicted range of plastic strain and strain rate for a titanium alloy widely used in aerospace industry. Identification uncertainties are also quantified and analysed in this work.

Ce travail est consacré à l'identification de paramètres constitutifs de matériaux élastomères avec la Méthode des Champs Virtuels. Cette méthode est adaptée à l'identification de paramètres constitutifs à partir de mesures de champs, mais elle n'avait été utilisée jusqu'à présent que dans le cas de petites déformations. La principale originalité de ce travail est de l'étendre au cas de l'hyperélasticité, dans le cadre des grandes déformations. La méthode d'identification est présentée après quelques rappels sur l'hyperélasticité et les grandes déformations. Des simulations numériques permettent d'illustrer la faisabilité de la procédure avec une attention particulière sur l'influence de données bruitées sur les paramètres identifiés. Des essais sont ensuite réalisés pour deux cas de chargement différents. Les champs de déplacements sont mesurés par corrélation d'images numériques. Les résultats trouvés en termes de paramètres constitutifs sont en bon accord avec les valeurs classiques obtenues généralement pour les matériaux testés.

Ce travail présente le développement théorique et l'application expérimentale d'une méthode permettant l'identification simultanée des caractéristiques élastiques d'amortissement d'un matériau isotrope à partir d'essais de plaques minces en vibration. La théorie montre que les paramètres recherchés peuvent être extraits des champs de flèche et de courbure mesurés à la surface de l'éprouvette à deux instants particuliers du mouvement vibratoire. L'application expérimentale consiste dans la réalisation d'un dispositif original d'excitation couplé avec l'adaptation d'une technique optique permettant la mesure des champs de pentes présentés par la plaque. Ces dispositifs sont associés à un traitement des images permettant la détermination des champs de flèche et de courbure utilisés dans la procédure d'identification mettant en oeuvre la méthode des champs virtuels. Ces derniers peuvent être considérés comme des filtres choisis pour permettre l'identification des paramètres recherchés. Une procédure a été développée permettant la sélection des champs virtuels optimaux respectant tout à la fois les conditions aux limites de la plaque et minimisant les effets du bruit de mesure sur les résultats de l'identification.