Etude des materiaux de phase et plus particulièrement des photoresines. Étude bibliographique de la photosensibilité des émulsions d'halogenures d'argent, le phénomène décrit par f. Weigert, s'apparente a ceux observes dans les matériaux photodichroiques. Etude expérimentale des phenomenes induits par la lumiere naturelle puis polarisee, en fonction de sa longueur d'onde. On propose un modèle qui permet de caractériser l'anisotropie induite par une vibration lumineuse. On montre la possibilité d'enregistrer la direction de polarisation d'une vibration lumineuse rectiligne, en même temps que son intensite en lumière cohérente, incohérente ou partiellement cohérente.

Les matériaux granulaires présentent une large gamme de lois de comportement lorsqu'ils sont soumis à différents chemins de chargement. Le développement de modèles constitutifs permettant de rendre compte de ces caractéristiques a été une préoccupation constante de nombreux chercheurs depuis des décennies. Parmi les différentes options possibles, les approches par changement d’échelle semblent prometteuses. Dans ces approches, le modèle constitutif est formulé en reliant les propriétés macroscopiques du matériau aux propriétés micro-structurelles correspondantes.Cette thèse propose un modèle micromécanique tridimensionnel (le modèle H-3D) prenant en compte une échelle intermédiaire (méso-échelle). Il permet ainsi de décrire de manière naturelle un grand nombre de caractéristiques constitutives des matériaux granulaires non cohésifs. La comparaison entre essais expérimentaux et simulations numériques révèle la capacité prédictive de ce modèle. En particulier, des simulations réalisées avec différentes pressions de confinement et différents rapports de vide initiaux ont permis de démontrer la capacité du modèle à rendre compte quantitativement de l'état critique sans nécessiter d’équation spécifique et de paramètre d'état critique. Le modèle est également analysé à l’échelle microscopique, où l'évolution de certains paramètres microscopiques clés est présentée.Une approche multi-échelle 3D est ensuite présentée afin d’étudier le comportement mécanique d'un échantillon macroscopique constitué d'un assemblage granulaire, en tant que problème aux conditions limites. Le cœur de cette approche est un couplage multi-échelle, où la méthode des éléments finis est utilisée pour résoudre le problème aux conditions limites et le modèle H-3D est utilisé pour calculer la loi de comportement à l’échelle d’un volume élémentaire représentatif. Cette approche fournit un moyen pratique de relier les observations macroscopiques avec les mécanismes microscopiques intrinsèques. Des conditions de chargement biaxiaux en déformations planes sont appliquées pour simuler le phénomène de localisation des déformations. Une série de tests est effectuée, où différents motifs de rupture sont observés et analysés. Un système de bande de cisaillement apparaît naturellement dans un spécimen initialement homogène. En définissant la zone de la bande de cisaillement, les mécanismes microstructuraux sont étudiés séparément à l'intérieur et à l'extérieur de celle-ci. En outre, une analyse directionnelle de travail du second ordre est effectuée en appliquant des petits incréments de contrainte à différents états de contrainte-déformation sur des chemins de chargement biaxiaux drainés. Le travail de second ordre normalisé, introduit comme un indicateur d’instabilité du système, est analysé non seulement à l’échelle macroscopique mais aussi à l’échelle microscopique.Enfin, une analyse du travail de second ordre appliquée à des problèmes géotechniques et utilisant l'approche multi-échelle développée dans cette thèse est présentée. L'approche multi-échelle est utilisée afin de simuler des problèmes aux conditions limites homogènes et non homogènes, offrant ainsi la possibilité d’interpréter et de comprendre les micro-mécanismes qui à l’origine des phénomènes de rupture dans les problèmes géotechniques. Cette approche multi-échelle utilise un schéma numérique d’intégration dynamique-explicite afin de pouvoir étudier la rupture post-pic sans avoir à recourir à des outils mathématiques trop sophistiqués. Ainsi, en changeant le type de condition de chargement de déplacement à contrainte lorsque le système atteint son état limite, son effondrement se traduit par une augmentation soudaine de l'énergie cinétique découlant de la différence entre les travaux internes et externes du second ordre. / Granular materials exhibit a wide spectrum of constitutive features when submitted under various loading paths. Developing constitutive models which succeed in accounting for these features has been challenged by scientists for decades. A promising direction for achieving this can be the multi-scale approach. Through this approach, the constitutive model is formulated by relating material’s macroscopic properties to their corresponding microstructure properties.This thesis proposes a three-dimensional micro-mechanical model (the so-called 3D-H model) taking into account an intermediate scale (meso-scale) which makes it possible to describe a variety of constitutive features in a natural way. The comparison between experimental tests and numerical simulations reveals the predictive capability of this model. Particularly, several simulations are carried out with different confining pressures and initial void ratios, based on the fact that the critical state is quantitatively described without requiring any critical state formulations and parameter. The model is also analyzed from a microscopic view, wherein the evolution of some key microscopic parameters is investigated.Then, a 3D multi-scale approach is presented to investigate the mechanical behavior of a macroscopic specimen consisting of a granular assembly, as a boundary value problem. The core of this approach is a multiscale coupling, wherein the finite element method is used to solve a boundary value problem and the 3D-H model is employed to build the micro constitutive relationship used at a representative volume element scale. This approach provides a convenient way to link the macroscopic observations with intrinsic microscopic mechanisms. Plane-strain biaxial loading conditions are selected to simulate the occurrence of strain localization. A series of tests are performed, wherein distinct failure patterns are observed and analyzed. A system of shear band naturally appears in a homogeneous setting specimen. By defining the shear band area, microstructural mechanisms are separately investigated inside and outside the shear band. Moreover, a second-order work directional analysis is performed by applying strain probes at different stress-strain states along drained biaxial loading paths. The normalized second order work introduced as an indicator of an unstable trend of the system is analyzed not only on the macroscale but also on the microscale.Finally, a second order work analysis in application to geotechnical problems by using the aforementioned multiscale approach is presented. The multiscale approach is used to simulate a homogeneous and a non-homogeneous BVP, opening a road to interpret and understand the micro mechanisms hiding behind the occurrence of failure in geotechnical issues. This multiscale approach utilizes an explicit-dynamic integral method so that the post-peak failure can be investigated without requiring over-sophisticated mathematical ingredients. Thus, by switching the loading method from a strain control to a stress control at the limit state, the collapse of the system can be reflected in an abrupt increase of kinetic energy, stemming from the difference between both internal and external second-order works.

Nous proposons une méthode permettant de prédire les hauteurs de coupe lors de la découpe de laiton par jet d'eau abrasif. Les modèles d'enlèvement de matière précédemment développés font abstraction de la taille de l'abrasif et montrent leurs limites dans le cas de découpes réalisées avec des abrasifs fins d'un diamètre moyen proche de 100 microm. Nous avons décidé de rapprocher les caractéristiques des abrasifs des performances de coupe pour développer un modèle plus précis tenant compte de la granulométrie de l'abrasif en sortie de tête de mélange. Pour cela, nous avons conduit une série d'expérimentations visant à mettre en évidence l'évolution des caractéristiques géométriques et granulométriques de deux abrasifs de découpe de type grenat (Barton et GMA) au cours de leur passage dans la tête de mélange. Nous avons utilisé la vidéomicroscopie pour obtenir les caractéristiques géométriques que sont l'allongement et la circularité ; les distributions de taille des échantillons ont été définies par granulométrie laser. Le phénomène de fragmentation de l'abrasif au cours du processus de mélange se traduit par un effilement des particules abrasives qui, selon les cas, leur confère ou leur permet de conserver un plus grand pouvoir érosif. Nous avons introduit ces caractéristiques dans un nouveau modèle d'enlèvement de matière. Celui-ci s'étend à une large gamme de pressions, jusqu'à 380 MPa, et à une large game de granulométries d'abrasif, jusqu'à 470 microm. Il permet de déterminer la hauteur de coupe prévisible en fonction notamment de la fraction X de particules abrasives particpant au mode d'enlèvement de matière d'érosion par déformation. Cette fraction, fonction de l'évolution de la granulométrie des abrasifs au cours du processus de mélange, est définie par un modèle spécifique.

Nous présentons une série de résultats expérimentaux visant à modéliser le comportement mécanique d'une zone de faille. Nous avons utilisé un appareil de cisaillement simple annulaire permettant d'appliquer des cisaillements plurimétriques à des échantillons épais de gouge granulaire (sable de quartz). Nos résultats mettent en évidence un nouveau processus spectaculaire d'adoucissement en glissement: le coefficient de frottement effectif de la gouge décroît de 70% sur des distances caractéristiques décimétriques. La diminution progressive du frottement avec le glissement est bien représentée par une loi puissance sans échelle caractéristique de longueur. On constate que ce nouveau processus d'adoucissement permet de rendre compte quantitativement des distances d'adoucissement apparentes et des énergies de fracture mises en jeu durant les grands séismes. Nous proposons de l'inclure dans une extension des lois de frottement classiques de type RSF (``rate- and state-dependent friction''). Outre ces résultats macroscopiques, nous avons aussi pu mesurer, par corrélations d'images, les déformations microscopiques à l'intérieur des échantillons. Dès le début du glissement, la déformation se localise dans une bande de cisaillement broyée d'épaisseur constante. Cette bande est séparée du reste du matériau par une fine zone de transition indurée. On remarque que le processus d'adoucissement macroscopique est systématiquement associé à un effet de relaxation lente des incréments de déformation hors de la bande de cisaillement. Nous interprétons ces deux processus concomitants comme résultant d'un découplage progressif entre la bande de cisaillement et le reste de l'échantillon. L'épaisseur mécanique effective de la gouge est donc significativement plus grande que l'épaisseur de la bande de cisaillement. Nous proposons d'extrapoler nos résultats aux zones de faille naturelles, dont la structure présente souvent de fortes analogies avec celle de nos échantillons cisaillés.

Des couches minces amorphes d'oxysulfures de molybdène, préparées par pulvérisation cathodique radiofréquence, ont ete caractérisées par spectroscopie AUGER, RBS, microsonde électronique, diffraction des rayons X et diffraction électronique. Une étude XPS a permis de déterminer le degré d'oxydation et l'environnement des différents éléments en fonction de la composition des couches minces. Les propriétés électrochimiques de ces nouveaux matériaux ont été déterminees. Ils ont été utilisés comme électrode positive dans des générateurs électrochimiques au lithium. Un grand nombre de cycles décharge-charge a été réalisé. Il a été montre que le soufre et le molybdène participent aux mécanismes d'oxydoréduction.

Dès ma thèse de doctorat, je me suis intéressé au comportement des géomatériaux et au développement d'outils de modélisation et de caractérisation des matériaux hétérogènes et nonlinéaires. Ma double formation (matériaux et mécanique) m'a permis de travailler sur plusieurs types de matériaux doués de propriétés intéressantes et largement utilisés en génie civil tant au niveau du sous-sol (géomatériaux) qu'au niveau de la structure elle-même (bois, granulats, bitume). Ces matériaux constituent non seulement le terrain d'expression pour de nombreuses disciplines scientifiques comme la science des matériaux, la physico-chimie, la mécanique et la rhéologie mais également un vecteur de développement économique et social. - Période doctorale : Les grandes déformations des matériaux inélastiques anisotropes ; - Période post-doctoral : Le séchage sous vide du bois : Pourquoi et comment ? ; - Période professionnelle . La durabilité des matériaux de chaussées (apport du multi-échelle).

Ces travaux de thèse s'inscrivent dans le cadre du projet PNEEB/Typha (Programme National d’Efficacité Energétique des Bâtiments) pour la valorisation d’un roseau invasif, le Typha Australis, comme isolant thermique pour améliorer l’efficacité énergétique des bâtiments au Sénégal. Un agromatériau à base de terre argileuse et de granulats de Typha Australis est élaboré afin d’évaluer l’influence de la morphologie et de la quantité de fibres sur le comportement du matériau. Pour cela, deux modes de production de granulats sont choisis : Une découpe longitudinale et une découpe transversale. Les propriétés physiques sont étudiées (taux de porosité, densité apparente et absolue, microstructure) et la tenue mécanique est déterminée. L'absorption acoustique est également évaluée, de même que les propriétés hygrothermiques et le comportement au feu. Les résultats montrent que la morphologie du granulat de Typha affecte le comportement en flexion, cisaillement et l’absorption acoustique. Son impact sur le comportement de compression est moins prononcé. Une portion plus importante de fibres de Typha réduit la résistance mécanique. En revanche, les performances hygrothermiques sont accrues en raison de la porosité de ces granulats. La fraction transversale de Typha permet d’améliorer la résistance thermique et d’accroitre les phénomènes de transfert de la vapeur d'eau. Cette étude a également permis de montrer que ces matériaux sont d'excellents régulateurs d'humidité. Enfin, les tests au feu révèlent qu’il s’agit de combustibles ininflammables en raison de la présence d'argile. L’influence de la morphologie des granulats n’est pas relevée. / This work is a part of PNEEB/Typha project (National Program for Energy Efficiency of Buildings) for the valorisation of an invasive reed, the Typha Australis, as a thermal insulator to improve the energy efficiency of buildings in Senegal. An agromaterial based on clay soil and Typha Australis is elaborated in order to evaluate the influence of the amount and fibres morphology on the material behaviour. For this, two production mode of granulates are chosen: longitudinal and transversal cut. Physical properties are studied (porosity, apparent, and absolute density, microstructure) and mechanical strength is determined. Sound absorption is also evaluated, as well as hygrothermal properties, and fire behaviour. Results show that granulate morphology affects the mechanical shear and flexure behaviour, as well as the acoustic absorption. Its impact on the compression strength is less pronounced. A greater portion of Typha fibers reduces the mechanical strength. However, hygrothermal performances are increased due to the aggregates porosity. Typha transverse fraction improves thermal resistance and increase water vapor transfer. This study also shows that these materials are excellent moisture regulators. Finally, fire tests reveal that it can be classified as combustible but non-flammable due to the clay presence. The fibres shape does not have a great influence.

Nous avons développé un véritable instrument de mesure et de caractérisation en temps réel des réseaux dynamiques photoinduits dans des matériaux holographiques. La technique des réseaux mobiles utilisée ne suppose pas connue la nature du reseau. Elle caracterise les modulations d'indice et d'absorption, a savoir leurs amplitudes et leurs dephasages par rapport au système de franges d'inscription. Il suffit de translater le reseau pendant un temps tres bref perpendiculairement aux franges, et de détecter les variations d'intensité des faisceaux qui les forment. Nous avons évalué les capacités et les limitations de ce dispositif qui fournit, pour la premiere fois, la cinetique de l'ensemble des paramétrés des reseaux. Nous l'avons adapte aux différents types de materiaux étudiés. Dans des matériaux photorefractifs organiques, le déphasage du réseau d'indice mesure indique bien un effet non local, dont les manifestations sont compatibles avec l'effet photorefractif qui serait cree par orientation des chromophores sur la direction du champ total. Nous avons aussi décelé un petit réseau d'absorption en quadrature avec le réseau d'indice majoritaire. Dans les sol-gels mous sik-dr1, nous avons sépare le réseau de surface du réseau de photoisomerisation, et mesure directement pour la premiere fois le déphasage de des réseaux de surface. Mettant un terme a un débat résultant d'expériences indirectes et controversées, cette valeur est en accord avec les modeles de photomigration. Nous avons montre que la variation temporelle quasi linéaire du déphasage des réseaux, observée avec des matériaux sol-gels et des cristaux liquides, est un artefact experimental qui affecte l'analyse de tous les matériaux lents : ce sont les franges d'inscription qui bougent par rapport au réseau photoinduit. Cette derive des franges est a l'origine des phénomènes de transfert d'énergie décrits dans certains de ces matériaux lents.

Dans la course aux materiaux pour l'optique non-lineaire, les matrices dopees, solides et transparentes obtenues, a temperature ambiante, par procede sol-gel, prennent une importance toujours croissante. Ainsi, en soumettant un gel de silice, dope par des molecules organiques, aux impulsions breves, polarisees rectilignement, issues d'un laser a colorant, on induit une birefringence locale, de relaxation extremement lente. Ce phenomene, qui presente une dependance quadratique par rapport au champ electrique optique, peut s'expliquer par la conjonction d'un alignement moleculaire par effet kerr optique et de l'etablissement de liaisons hydrogene entre le gel et ses dopants. La nature et la structure des especes dopantes, de leur matrice hote ou encore des impulsions lumineuses jouent ici chacune un role essentiel. Les molecules dopantes doivent ainsi presenter une forte polarisabilite, et offrir un nombre important de sites d'ancrage par liaison hydrogene. Il en est de meme pour les pores de la matrice hote. La composition du gel affecte grandement le nombre de ces sites. Une maniere, toutefois, de favoriser l'alignement remanent des dopants consiste a les greffer, des la synthese, aux pores du gel, via des liaisons covalentes. La structure temporelle des impulsions est egalement cruciale. On y distingue deux composantes. L'une, d'une duree d'une centaine de femtosecondes, brise les liaisons hydrogene et libere les dopants. L'autre, plus longue (une dizaine de nanosecondes), les aligne. Mathematiquement descriptibles par une equation de diffusion rotationnelle modifiee, ces mecanismes ont donne lieu a quelques premieres applications experimentales (inscription d'une image et d'un reseau de diffraction). Le choix, enfin, de nanoparticules magnetiques comme dopants, permet de les orienter et non plus seulement de les aligner sous champ magnetique statique des la formation du gel. Les materiaux ainsi obtenus presentent une birefringence uniforme, mais aussi une non-centrosymetrie propice aux non-linearites optiques du second ordre.

Les filaments de SiC sont obtenus par depot chimique en phase vapeur sur un substrat de W chauffe par effet Joule. Ces filaments peuvent etre utilises comme renforts dans des matrices d' alliage de titane. L' interposition d' une phase synthetique de TiC entre un substrat filamentaire de W et le depot de SiC a permis d' obtenir une stabilite thermochimique accrue du couple de diffusion. Les mecanismes conduisant a la protection chimique ont ete identifies. Une simulation numerique du depot de TiC, prenant en compte une evaluation de la convection des gaz, du transfert thermique, et de la diffusion des precurseurs gazeux, a permis une meilleure comprehension du mecanisme de formation du carbure de titane. L' influence des differents parametres operatoires sur la germination, la microstructure et la composition des depots a ete analysee, dans le but de controler la texture et la composition des materiaux. Le comportement mecanique des differents constituants a ete evalue afin de comprendre le mecanisme de rupture du filament dans son ensemble.