L'objectif des travaux réalisés est de développer des stratégies de contrôle pour une suspension active de véhicule automobile. Pour atteindre cet objectif, différents modèles analytiques ont été mis au point pour simuler la réponse de la suspension à différentes perturbations. Ces modèles comprennent les éléments passifs représentant le véhicule, les actionneurs et les différentes lois de contrôle étudiées. Au cours des travaux, les principales stratégies utilisées dans la littérature ont été évaluées afin de cibler les avantages et les inconvénients leur étant reliés. Suite à ces résultats, un système actif incluant des capteurs de mouvement de suspension, des gains fixes et des filtres d'ordre limités a été développé en utilisant les algorithmes génétiques. Les résultats obtenus montrent une amélioration appréciable de la performance pour un modèle de véhicule à quatre degrés de liberté.

Les structures aéronautiques sont aujourd’hui largement réalisées à partir de matériaux composites, permettant ainsi d’en diminuer la masse. L’impact sur structure composite est une des sources de dommage la plus courante et la plus pénalisante. L’objectif de cette thèse est de développer un modèle prédictif d’impact sur stratifiés unidirectionnels de faible épaisseur afin, dans un premier temps, de mieux comprendre les mécanismes d’endommagement mis en jeu et, dans un deuxième temps, de pouvoir proposer des pistes d’amélioration de la tenue de ces structures. La première étape de ces travaux a consisté à développer un modèle éléments finis explicite de stratifiés composite unidirectionnel, en s’appuyant sur les travaux d’impact sur pale d’hélicoptère réalisés par F. Pascal. Ainsi, un nouvel élément capable de représenter le comportement à l’impact des plis unidirectionnels a été formulé. Le comportement des paquets de fibres est représenté par des éléments barres stabilisés grâce à des éléments 2D spécifiques. La dégradation de ces éléments est pilotée par des lois d’endommagement déduites d’observations expérimentales. La stratégie de modélisation proposée a été identifiée sur la base d’essais expérimentaux pour deux matériaux : T700/M21 et HTA7/913. Les résultats donnés par le modèle ont ensuite été validés par une comparaison avec des essais d’impact à basse vitesse. Enfin, dans le but d’optimiser la tenue des stratifiés, des impacts à basse et moyenne vitesse sur des stratifiés hybrides unidirectionnels/tissus composites ont été étudiés expérimentalement et numériquement grâce à la stratégie de modélisation proposée. / Today, composite materials are largely used in the manufacturing of aeronautical structures, in order to lighten their weight. Impact on composite structures is one of the most detrimental loading. The present study aims to develop a predictive modelling of impacts on thin unidirectional laminates in order to, firstly, better understand the damage mechanisms involved, and, secondly, be able to provide guidance for a strength improvement of these structures. First, an explicit finite element modelling of unidirectional laminates is developed based on the work of F Pascal dealing with impact modeling on helicopter blades. Thus, a new element that can represent the impact response of unidirectional plies is formulated. The behavior of the bundle of fibers is modeled with rod elements stabilized with specific 2D elements. The degradation is managed using damage based on experimental observations. The parameters of the proposed modelling strategy are identified on the basis of experimental tests carried out on T700/M21 and HTA7/913 composites. The results provided by the modeling are then validated by a comparison with experimental low velocity impact results. Finally, in order to improve the laminate strength, low velocity and medium velocity impacts on hybrid unidirectional/woven composite laminates are studied experimentally and with the developed modelling strategy.

Les matériaux magnétiques composites doux sont utilisés pour réaliser des circuits magnétiques de machines électriques. Ils sont formés de particules de fer revêtues d'une mince couche de diélectrique et pressées à haute densité. La conception des machines électriques à l'aide de ces matériaux requiert la connaissance de méthodes de caractérisation de leurs propriétés électriques et magnétiques. L'optimisation des propriétés magnétiques des matériaux composites nécessite la compréhension des phénomènes se produisant à l'échelle microscopique et de leur influence sur la caractéristique d'aimantation à l'échelle macroscopique. Des méthodes de caractérisation adaptées aux matériaux magnétiques composites sont développées dans cette thèse : elles concernent la mesure de la caractéristique d'aimantation, de la résistivité et des pertes magnétiques. L'utilisation de ces méthodes démontre que l'inhomogénéité et l'anisotropie des propriétés des circuits magnétiques faits de matériaux magnétiques composites, considérées comme relativement négligeables dans les travaux publiés jusqu'à présent, sont suffisamment importantes pour influencer le développement du matériau, le dimensionnement des machines électriques et les tests de qualité en production. Un modèle permettant de relier la caractéristique d'aimantation à la structure des matériaux magnétiques composites et aux propriétés des constituants est proposé. Ce modèle est basé sur la simulation en calcul des champs de l'écoulement du flux magnétique à travers la structure microscopique du matériau et il permet de retrouver la caractéristique d'aimantation à l'échelle du circuit magnétique. Les relations obtenues démontrent un couplage significatif entre les propriétés globales, comme la perméabilité maximale, et certaines grandeurs à l'échelle microscopique, comme l'épaisseur du revêtement des particules de fer. Les modèles et les méthodes de caractérisation proposés peuvent ainsi être efficacement utilisés pour l'optimisation des dimensions des machines faites de matériaux magnétiques composites ainsi que pour l'optimisation des propriétés de ces matériaux en vue d'applications spécifiques.

Ce travail avait pour but de développer un nouveau type de matériaux basés sur des complexes polyelectrolytes. Ces matériaux ont été obtenus par l'ultracentrifugation des complexes soit d'origine naturelle ou soit d'origine synthétique. Le système de polyélectrolytes ainsi que les conditions dans lesquelles ces matériaux peuvent être obtenus, suivi par le choix du système optimal pour des études complémentaires ont été décrits. PAA / PAH CoPECs a été choisi comme systèmes modèles de synthèse et ses propriétés physico chimiques (composition, structure et les propriétés mécaniques) ont été décrits ici en détails. Nous avons montré que les propriétés de la composition, la structure et mécanique de le PAA/PAH CoPECs peut être contrôlée en modifiant les conditions d'assemblage (pH, concentration des polyélectrolytes, [NaCl], la vitesse et la commande de l'addition). Également, les conditions environnementales ([NaCl] et pH) ont également été utilisés pour contrôler la taille des pores et porosité des PAA/PAH CoPECs . Enfin, leur capacité à servir de support pour l'immobilisation d'enzymes a également été étudiée. Nous avons optimise les conditions d'assemblage afin de maintenir le maximum quantité de l'enzyme dans le complexe. Nous avons également démontré que CoPECs fournit la stabilisation à long terme, ainsi que la protection de l'enzyme à des températures élevées. Ainsi, PAA / PAH CoPECs sont des candidats potentiels pour être utilisé comme des supports pour l'ingénierie tissulaire et pour l'immobilisation d'enzymes.

Par sa spécificité à observer et questionner le monde dans ses aspects à la fois physique, esthétique, symbolique et culturel, le design retient aujourd'hui l'intérêt du génie industriel pour sa contribution indispensable aux nouvelles innovations. La présente recherche établit un lien entre le design et l'innovation dans le domaine des matériaux. Elle a été conduite dans le cadre du projet de développement industriel d'une gamme d'objets réalisés à partir d'un béton aux performances innovantes, l'Ultrabéton®. Le projet a initié le constat d'un manque d'identité inhérent aux matériaux émergents issus des dernières avancées technologiques. Comment pallier ce manque ? Quel peut être le rôle et l'impact de la conception et du design sur l'identité d'un matériau ? Nous définissons l'identité d'un matériau comme l'ensemble de ce qui le caractérise, à la fois sur le plan matériel et immatériel, à la fois sa 'plastique', son apparence, et son 'récit', ses significations symboliques et culturelles. Les phases d'élaboration du matériau et surtout de sa mise en forme en objet sont identifiées comme autant d'actions de conception motrices d'une expansion possible de l'identité d'un matériau. L'analyse a posteriori de plusieurs cas de conception sélectionnés parmi les différents projets de design réalisés au cours de notre recherche et complémentaires au cas de l'Ultrabéton®, nous permet de valider un modèle d'expansion de l'identité d'un matériau par la conception d'objets. Cette proposition théorique doit aider à de possibles expansions d'identités de matériaux et à avancer ainsi vers une 'humanisation' des innovations dans le domaine des matériaux.

Ce travail avait pour but de développer un nouveau type de matériaux basés sur des complexes polyelectrolytes. Ces matériaux ont été obtenus par l’ultracentrifugation des complexes soit d’origine naturelle ou soit d’origine synthétique. Le système de polyélectrolytes ainsi que les conditions dans lesquelles ces matériaux peuvent être obtenus, suivi par le choix du système optimal pour des études complémentaires ont été décrits. PAA / PAH CoPECs a été choisi comme systèmes modèles de synthèse et ses propriétés physico chimiques (composition, structure et les propriétés mécaniques) ont été décrits ici en détails. Nous avons montré que les propriétés de la composition, la structure et mécanique de le PAA/PAH CoPECs peut être contrôlée en modifiant les conditions d’assemblage (pH, concentration des polyélectrolytes, [NaCl], la vitesse et la commande de l’addition). Également, les conditions environnementales ([NaCl] et pH) ont également été utilisés pour contrôler la taille des pores et porosité des PAA/PAH CoPECs . Enfin, leur capacité à servir de support pour l’immobilisation d’enzymes a également été étudiée. Nous avons optimise les conditions d’assemblage afin de maintenir le maximum quantité de l’enzyme dans le complexe. Nous avons également démontré que CoPECs fournit la stabilisation à long terme, ainsi que la protection de l’enzyme à des températures élevées. Ainsi, PAA / PAH CoPECs sont des candidats potentiels pour être utilisé comme des supports pour l’ingénierie tissulaire et pour l’immobilisation d’enzymes. / This work was aimed to the develop of a new kind of materials of polyelectrolytes complexes. These materials were obtained by the ultracentrifugation of complexes either of natural or synthetic origin. The polyelectrolytes systems as well as the conditions under which these materials could be obtained, followed by the selection of the optimal system to further studies was described. PAA/PAH CoPECs was chosen as synthetic model systems and its physiochemical properties (composition, structure and mechanical properties) were here deeply described. We demonstrated that the composition, structure and mechanical properties can be controlled by changing the assembly conditions (pH, concentration of the polyelectrolytes, [NaCl], speed and order of addition). Moreover, the environmental conditions ([NaCl] and pH) were also used to control the porosity and pores size of the PAA/PAH CoPECs. Finally their ability to serve as scaffold for enzyme immobilization was also studied. We optimized the assembly conditions to keep the maximum of the activity. We also demonstrated that the CoPECs structure provides the stabilization in long term as well as the protection of the enzyme from high temperature. Thus, PAA/PAH CoPECs is a potential and suitable candidates as scaffold for tissue engineering and for the immobilization of enzymes.

Cette thèse porte principalement sur la compréhension des relations entre la microstructure et les propriétés rhéologiques des nano-composites à base d’un copolymère d’éthylène-acétate de vinyle (EVA). La première partie de l'étude concerne les nano-composites d’EVA avec de la cellulose nanocrystalline (NCC). Cette partie cherche à inférer la structure d’échantillons inconnus à l’aide de mesures rhéologiques. En analysant les propriétés obtenues par des mesures rhéologiques en cisaillement et en élongation, les principaux mécanismes étant à l’origine du renforcement de ces nano-composites sont étudiés en détail. Dans la deuxième partie du travail, on s’intéresse aux nano-composites contenant des particules isométriques (CaCO3) et anisométrique (argile). L'objectif est de déterminer l'effet de variables structurelles comme les interactions polymère-particule et particule-particule, l'état de dispersion, et en particulier la forme des particules sur les propriétés finales. Les mécanismes par lesquels ces paramètres influencent les propriétés rhélogiques ont été abordés en lien avec les prédictions par un modèle de fonction moléculaire de contrainte (MSF). Il a été constaté que plus les particules sont non-isométriques, plus les interactions polymère-particule et les interactions entre les particules sont élevées. Ainsi, l'effet de l’argile est beaucoup plus important que celui du CaCO3, et ce pour presque tous les comportements rhéologiques étudiés. La plupart des paramètres rhéologiques ont montré une divergence autour du seuil de percolation. Par conséquent, les modèles basés sur la dynamique des chaînes (modèle MSF) ne peuvent prédire le comportement après la percolation. Pour les systèmes percolés, les modèles basés sur le réseau fractal, qui considèrent les interactions entre les particules, ont été utilisés. / The main objective of this thesis is to understand the relations between microstructure and rheological properties of polymer nano-composites based on ethylene vinyl acetate (EVA) copolymer. The first part of the study is related to EVA-nano crystalline cellulose (NCC) composites. As a first step, determination of the unknown structure of the samples using rheological methods was investigated. By analyzing the properties obtained under shear and extensional deformations, the mechanisms leading to polymer reinforcement were investigated in details. In the second part, nano-composites containing isometric (CaCO3) and anisometric (clay) particles were used. The focus here was to determine the effect of structural variables such as polymer-particle and particle-particle interactions, state of dispersion, and in particular particle shape on the final properties of these nano-composites. The mechanisms involving these parameters were investigated through rheological properties and discussed with respect to experimental data. Predictions via the molecular stress function (MSF) model are also presented. It was found that higher particle anisomety led to greater polymer-particle and particle-particle interactions. Therefore, the effect of clay was much higher than CaCO3 on almost all the rheological parameters studied. But, lower predictability was found around the percolation concentration. Consequently, while a model based on chain dynamics could predict the behavior below percolation, such model failed to predict the response at higher concentrations. For percolated systems, models based on fractal networks, which include particle-particle interactions, were used.

Ce mémoire, scindé tout au long de ses chapitres entre deux projets distincts de caractérisation de matériaux, présente les aspects expérimentaux d'une étude sur les joints d'aluminium collés d'une part et les matériaux composites à fibres courtes orientées aléatoirement d'autre part.Ce travail s'est effectué au sein d'une entreprise ; ceci explique l'importance accordée à une approche industrielle des sujets de recherche. La revue de littérature sur ces secteurs innovants a permis d'influencer les choix techniques et d'orienter les étapes pratiques. Les propriétés de base, notamment en termes de rigidité et de résistance, ont été caractérisées à l'aide de tests mécaniques normalisés. D'autres mesures ont aussi été faites par des méthodes plus variées comme la microscopie, les ultrasons, l'analyse thermomécanique. Finalement, les résultats ont permis de mieux connaître ces matériaux et les technologies associées (pour le collage notamment) et de procurer des données expérimentales fiables et concrètes en vue d'une optimisation des structures faisant appel à ces techniques. Dans le cas du collage, l'importance du traitement de surface a été prouvée, et plusieurs paramètres intervenant dans ce procédé d'assemblage ont pu être étudiés (température, épaisseur du joint, géométrie). La résistance importante du collage a aussi été démontrée, tant en statique (21 MPa) qu'en limite d'endurance. Pour l'étude des composites, les points faibles d'une coque de bateau ont pu être identifiés et une classification des propriétés dans la structure proposée (trois zones de résistances comprises entre 21 et 36 MPa). L'impact de la densité de la résine et de la quantité de fibres, de même que l'influence de l'orientation des fibres ont été abordés dans ce problème. Enfin, une étude en flexion a permis de chiffrer un écart de 35,4 % entre la déformation relevée à la fissure du revêtement gel-coat, en surface donc uniquement esthétique, et celle du composite lors de son bris structural.

Bien que les matériaux composites soient déjà très largement utilisés dans de nombreux domaines il n’en demeure pas moins qu’ils présentent toujours des pistes de développement et d’améliorations. Cela vise principalement à accroitre leurs performances et leur légèreté. La recherche sur l’utilisation de fibres naturelles et résines bio-sourcées dans la fabrication de composites s’est intensifiée avec le désir des entreprises de réduire les coûts de production, de recycler leurs produits et d’afficher une image « verte ».Ce projet s’inscrit dans ce cadre puisqu’il a pour but de caractériser l’effet d’un traitement de fibres naturelles sur les performances de matériaux composites. Le traitement réalisé sera le revêtement de fibres de lin par une couche mince de dioxyde de titane. Bien que de nombreux traitements sur les fibres visant à les rendre plus performantes existent déjà ce traitement permet de conserver le caractère biocompatible des fibres naturelles, d’améliorer leur résistance thermique et de diminuer leur capacité d’absorption d’humidité. De plus la nature de la matrice de ces composites sera amenée à varier pour étudier l’influence de ce traitement de surface sur l’adhésion interfaciale fibre/matrice. Le but de ce projet est d’étudier l’effet d’un traitement au dioxyde de titane réalisé par un procédé sol gel sur les performances mécaniques de composites. Cette caractérisation se fera à travers divers tests comme ceux de tension, cisaillement ou encore absorption d’humidité afin d’évaluer sur quels paramètres le traitement à une influence.

À l'heure actuelle, il existe de nombreuses machines de la vie quotidienne instrumentées avec des capteurs responsables de récolter des données. Plusieurs de ces capteurs sont installés dans le but d'exploiter les données à des fins de diagnostic. Dans la plupart des cas, les données abondantes et complexes ne peuvent être analysées facilement par un être humain. Ces données ne sont souvent que très partiellement exploitées. Ceci est également le cas dans le domaine de l'aéronautique. Le fonctionnement moderne des avions commerciaux génère de vastes quantités de données issues non seulement des capteurs à bord de l'avion, mais aussi des données obtenues à partir des procédures de maintenance. Comme pour des machines de la vie quotidienne, ces données ne sont pas exploitées de manière suffisamment efficace. Le pronostic par exploitation de données, basé sur des algorithmes d'apprentissage, est depuis peu envisagé dans le traitement des données. Ce projet présente son application dans le domaine de l'aéronautique pour la prédiction de la durée de vie résiduelle des structures en composite faisant partie d'un avion suite à un endommagement par impact. Ce mémoire par articles est divisé en cinq parties. Les principaux sujets traités concernent les matériaux composites, la propagation d'ondes, la surveillance embarquée des structures ainsi que la méthode de pronostic. La première partie expose l'état de l'art. La seconde partie présente une étude de la propagation des ondes guidées dans une structure transparente et isotrope contenant un ou plusieurs défauts. Cette étude est menée à l'aide d'un système de surveillance piézocéramique qui peut lui aussi être affecté d'un défaut. Les résultats obtenus démontrent que la couche adhésive sous les capteurs piézocéramiques se dégrade avec la présence d'impact. Des courbes de calibration expérimentales peuvent être construites pour compenser la dégradation de la couche adhésive suite à un impact. En détectant et en compensant une dégradation du système de surveillance piezocéramique ceci permet une amélioration de la robustesse du pronostic. Le troisième chapitre présente une étude des ondes guidées dans une structure isotrope et opaque. Plutôt que d'utiliser des courbes de calibration expérimentales, un modèle numérique est développé. Ce modèle rend possible la compensation de défauts dans les systèmes de surveillance piézocéramiques installés sur des métaux et sur des matériaux composites. Les quatrième et cinquième parties dérivent l'étape de pronostic. Dans un premier temps le traitement des données d'un système de surveillance piézocéramique monté sur des échantillons en composite est présenté. Suit la transformation des informations brutes mesurées par les transducteurs en paramètres permettant d'identifier des tendances lors d'un dommage important sur l'échantillon. Ces paramètres sont alors entrés dans les modèles basés sur des algorithmes d'apprentissage génériques. La cinquième partie détaille la méthode de compensation d'une dégradation du système de surveillance piézocéramique en exploitant les données récoltées identifiées dans les deux premières études (chapitre deux et trois).