Les structures constructives de type Gridshells sont réalisées à partir d'une grille régulière plane que l'on déforme élastiquement, puis que l'on rigidifie dans la position souhaitée. Les Gridshells en matériaux composites ont été développés et étudiés depuis plusieurs années au laboratoire Navier. La thèse propose, à travers un historique des réalisations Navier, un retour d'expérience. Elle identifie également les aspects à mieux maîtriser, d'un point de vue simulation numérique ou d'un point de vue matériau et technologie. La thèse détaille alors des développements numériques nouveaux permettant l'analyse ultime de la structure, prise en compte des ruptures de barres (robustesse), et permettant la prise en compte de la torsion dans des poutres anisotropes, c'est-à-dire à section quelconque. Dans le premier chapitre on traite ainsi du contexte dans lequel s'inscrivent les travaux sur les gridshells. La conception des gridshells au laboratoire Navier y est détaillée. En particulier, la méthode numérique historiquement utilisée, à savoir la méthode de relaxation dynamique, est présentée. Le second chapitre présente les réalisations du laboratoire Navier. Plusieurs prototypes ont été réalisés durant les dix dernières années. Les deux dernières structures, le gridshell de Solidays et la Cathédrale Ephémère de Créteil, ont été conçues et fabriquées pour accueillir du public. Les choix importants de conception et de fabrication de ces gridshells sont détaillés, avec un accent sur les avancées technologiques et sur les retours d'expérience. Le troisième chapitre traite du comportement des gridshells en matériaux composites. La démarche a été d'investiguer le comportement du gridshell pour comprendre les processus d'endommagement des gridshells. On montre que le flambement conditionne la robustesse des gridshells. En effet, les résultats de l'étude montrent que lorsque le gridshell a été bien dimensionné et que les risques de flambement de la structure sont écartés, la structure se comporte de manière robuste, du fait de sa forte redondance. Finalement, le dernier chapitre traite d'un nouveau modèle de poutre permettant de prendre en compte la torsion dans les poutres de section quelconque. Dans les précédents chapitres, il est souligné que la non prise en compte de la torsion peut-être préjudiciable pour diverses raisons, sous-estimation des contraintes, méconnaissance des efforts de jonctions, erreur sur la géométrie. Dans ce chapitre, le modèle de poutre est un modèle à quatre degrés de liberté, à la manière des travaux de Basile Audoly et Ethan Grinspun. La simulation numérique, à nouveau réalisée à l'aide d'un algorithme de relaxation dynamique, permet d'obtenir les configurations d'équilibre de structures fortement réticulées telles que les gridshells. Une des particularités de ce travail est que le modèle de poutre est développé en continu jusqu'à l'obtention des efforts intérieurs. Le modèle est ensuite discrétisé et implémenté de manière à pouvoir être utilisé. Une sous-étape permet d'ajouter des forces et des moments extérieurs. Pour des poutres de section rectangulaire, les résultats du modèle sont comparés à un logiciel élément fini et donnent de bons résultats en termes de précision et de temps de calcul. Finalement la méthode numérique est appliquée à des structures composées de poutres connectées. La transmission des efforts au niveau des connexions est implémentée. L'excentricité des connexions est également modélisée ce qui permet d'obtenir de précieuses informations sur les efforts transitant au sein des connexions. Grâce à ces travaux, il devient possible d'utiliser la richesse de forme que peuvent offrir les poutres élancées présentant deux inerties en flexion différentes / The structures like gridshells are structures made of a plane regular grid which is elastically deformed and then stiffened in the wished configuration. The composite materials gridshells have been developed and studied for several years at Navier laboratory. The thesis offer a feedback, through a history of Navier realisations. It also precise the points to improve, in numerical simulation or about materials or technological aspects. Then, the thesis explains the new numerical developments that make possible the ultimate analysis of the structure, taking account the ruptures of beams (robustness), and that makes possible the consideration of the torsion in anisotropic beams, that is to say beams with any cross-section. In the first chapter the context of the work is presented. This chapter explains how the Navier laboratory designs and builds gridshells. In particular, the numerical method historically used - the dynamic relaxation method - is presented. The second chapter presents the gridshell realisations of the Navier laboratory. Several prototypes have been built during the past ten years. The two last ones, the Solidays gridshell and the Ephemeral Cathedral of Creteil, have been designed to shelter public. The important choices during design and fabrication are detailed with an accent on technological progresses and feedbacks. The third chapter deals with the behaviour of composite materials gridhsells. The approach was to investigate the behaviour of the gridshell to understand the processes of damage. It is shown that buckling is particularly dangerous for the gridshell. The results of the study shows that when the gridshell has been well designed and in particular if buckling is avoided, the gridshell behave in a robust manner, thanks to its redundancy. Finally the last chapter deals with a new beam model, able to take into account torsion, for beams with any section. In the previous chapters it was underlined that the consideration of torsion aspects was lacking and has various consequences – incorrect estimation of stress, ignorance of forces and moments in connections, imprecision in geometry. In this chapter, the model of beams used is a four degrees of freedom model, similar to the ones presented by Basile Audoly and Ethan Grinspun. The numerical simulation, performed once again thanks to a dynamic relaxation algorithm, is able to provide equilibrium configurations of highly reticulated structures as gridshells. One of the particularity of this work is the fact that the model is a continuous model, only discretized for numerical simulations. The external forces and moments can be implemented. For beams with rectangular cross-section, the results of the model are compared to finite element modelling simulations. The results are satisfying in term of accuracy and computational time. Finally the numerical method is applied to structures made of interconnected beams. The connections are modelled and the efforts through them are provided by the model. This provides important information about how to design the connections. Thanks to these work it become possible to use the large possibility of shapes offered by slender beams whose flexural inertias are different

Le secteur du bâtiment représente le principal gisement d'économies d'énergie exploitable immédiatement, en effet il consomme plus de 40 % de l'énergie finale et contribue pour près du quart aux émissions françaises de gaz à effet de serre. Un plan de rénovation énergétique et thermique des bâtiments existants, réalisé à grande échelle et cadré par le Grenelle de l'Environnement, vise à réduire durablement les dépenses énergétiques. Avec près de 20 millions de logements construits avant 1975, sans aucune isolation thermique, la surface de parois à isoler est donc considérable et met en évidence une problématique de volume d'isolant et la nécessiter de proposer de nouveaux matériaux isolants en appliquant une approche système. Les travaux présentés ont pour objectif d'améliorer la compréhension des interactions microstructures / propriétés et à partir de ces connaissances de produire des outils d'aide à la formulation pour la rénovation du bâti ancien. L'exercice de la formulation de matériau est abordé avec une approche composite expérimentale et numérique à plusieurs échelles. En effet l'optimisation d'un matériau nécessite de décrire et de connaître finement les interactions entre les composants (liant organique et/ou minéral, fibres, squelette granulaire, structure poreuse). Nous nous intéressons dans une première partie à l'intégration d'un renfort dans un matériau poreux organo-minéral, afin de mieux comprendre comment conserver les propriétés hydriques du matériau (perméabilité vapeur) tout en améliorant ses propriétés mécaniques en traction. Les mesures expérimentales confirment la nécessité de coupler la rhéologie et la mécanique des composites pour proposer un outil d'aide à la formulation dédié à l'Isolation Thermique par l'Extérieur. La seconde partie aborde le verrou scientifique de la formulation de la matrice des matériaux isolants et plus particulièrement leur caractère non fissurant dans une gamme de température et d'hygrométrie classiquement rencontrée lors d'une exposition réelle sur site. Nous cherchons une meilleure illustration des propriétés mécaniques élastiques du matériau en lien avec les observations microstructurales effectuées en microscopie environnementale. Ceci se traduit par une meilleure compréhension de la structure organo-minérale formée. La troisième partie se focalise sur l'étude des renforts utilisés dans ces matériaux composites et vise à définir des outils statistiques pour caractériser leurs performances. Nous proposons un couplage AFM / Essai sur fil, et une analyse via une loi normale pour caractériser les renforts, et définir des indices de performances utilisables dans des modèles de formulation. La dernière partie se place à l'échelle d'une paroi composite de bâtiment et cherche à développer des outils aptes à qualifier les performances d'un matériau fracturé, en lien avec une évaluation non destructive du matériau. Le caractère fragile et fissurant des matériaux de construction est ainsi intégré des la conception du matériau et pris en compte dans un modèle thermique et hydrique couplé. In fine des seuils de performance devraient pouvoir être proposés et déclencher des maintenances préventives à l'image des procédures déjà en place sur les structures génie civil.

Le but de ce projet est d'étudier les propriétés mécaniques et électriques d'une monocouche de phospholipide supportée sur silicium en vue de son utilisation comme diélectrique de grille dans un biocapteur à transistor à effet de champ. Ces monocouches de 3nm sont formées par fusion de vésicules. Les lipides utilisés possèdent des triples liaisons dans leurs chaînes alkyles permettant une polymérisation radicalaire. Nous montrons que la polymérisation stabilise la monocouche à l'air et améliore sa résistance mécanique. Les mesures ont été réalisées par mesure de force par AFM, la force de ‘rupture' de la monocouche par la pointe AFM augmentant après polymérisation. L'étude de la force en fonction de la vitesse d'approche de la pointe nous a permis de montrer que la rupture de la couche est un phénomène activé qui dépend de la vitesse. Nous avons pu ainsi déterminer pour chacune des deux surfaces, polymérisées ou pas, l'énergie d'activation de rupture de la couche du système couche/pointe et une estimation du module de Young. Ces grandeurs qui augmentent après polymérisation montrent une amélioration des propriétés mécaniques. Nous nous intéressons également aux propriétés électriques de ces monocouches. Nous avons réalisé des mesures Courant-Tension I(V) à partir desquelles nous avons pu déterminer la résistance de la couche, les densités de courant de fuite et la tension de claquage. Les résultats obtenus démontrent que ces monocouches ultrafines possèdent de très bonnes propriétés isolantes. De plus nous avons révélé la propriété très intéressante d'auto-régénération de la monocouche isolante après claquage à l'air, à température ambiante en quelques minutes seulement. / The main goal of this project was to study the electrical and mechanical properties of a solid supported lipid monolayer in order to use it as a dielectric insulator in a Field Effect Transistor based biosensor. The 3 nm lipid monolayer supported on silicon was obtained by the vesicle fusion method. DC8,9PC phospholipids containing acetylenic moiesties were selected. The lipid monolayer was stabilized on the substrate by two-dimensional polymerization in the plane of the layer. We demonstrate that this polymerization stabilizes the monolayer in air. Force measurements realized by AFM on both polymerized and non-polymerized layers demonstrated a net improvement of the nano-mechanical resistance of the layer after polymerization with a net increase of the force required to rupture the layer. Measurements realized at different loading rates have evidenced the fact that the monolayer rupture is an activated process that depends on the loading rate. For both types of layers, we have determined the intrinsic rupture activation energy of the tip–layer system as well as their Young modulus. These two physical quantities increase after polymerization and demonstrate a net improvement of the mechanical properties of the polymerized monolayer. The electrical properties of these layers have also been investigated. Current-Voltage measurements were done on the monolayer in the air at room temperature. The differential resistance, the leakage current, the breakdown voltages were measured and showed that the polymerized monolayer behaves as a good electric insulator. In addition, we demonstrated a very interesting property of autonomic self-healing after electrical breakdown.

La réaction alcali-silice est une pathologie des bétons qui se caractérise par une réaction chimique entre la silice réactive contenue dans certains granulats et les ions contenus dans la solution interstitielle. Elle entraîne la formation de gels silico-calco-alcalins, le gonflement voire la chute des caractéristiques des bétons affectés. Ce travail a pour but de fournir des outils d'aide à la compréhension et à l'expertise des ouvrages atteints. Il est composé de trois parties complémentaires. La première vise à prédire le gonflement du béton à partir de la connaissance des mécanismes réactionnels locaux. La seconde modélise l'influence de l'eau sur la réaction. La dernière vise à reproduire les effets structuraux induits par la réaction (endommagement, déplacements, chute des caractéristiques mécaniques...).

Résumé de louvrage La thèse déposée par L. Duchêne comporte cinq chapitres dont une introduction et des conclusions et perspectives et totalise 183 pages. La bibliographie compte 94 références. Louvrage a pour objet la modélisation du comportement mécanique des tôles métalliques (principalement des tôles dacier obtenues par laminage) lors des processus de mise à forme. Lanisotropie de la tôle découle de la mesure de la texture du matériau. Les processus de mise à forme étudiés sont principalement lemboutissage des tôles. Le mémoire propose le développement de deux méthodes locales dinterpolation de la surface de plasticité. Ensuite, ces modèles sont implémentés dans le code éléments finis LAGAMINE, puis validés sur quelques exemples académiques et finalement des applications industrielles sont examinées. Analyse du contenu Le premier chapitre introduit le sujet, définit le cadre dans lequel lauteur situe sa démarche et présente les originalités du travail. Le deuxième chapitre est consacré à la description du comportement microscopique des métaux et des méthodes de transition micro-macro. Le comportement dun monocristal ou plutôt le comportement dun cristal à lintérieur dun polycristal est examiné. Les modèles microscopiques de Taylor et de Bishop-Hill constituant une approche primal-dual pour ce problème sont décrits. Le comportement macroscopique du polycristal est obtenu à partir du comportement microscopique via la transition micro-macro sur base de la texture du matériau. Cette texture est généralement caractérisée par son ODF (Orientation Distribution Function). Cependant, le modèle de transition micro-macro utilisé, basé sur les hypothèses de Taylor, nécessite une description de la texture par un ensemble dorientations cristallines représentatif de la texture du matériau. Différentes méthodes dextraction de lensemble de cristaux représentatif sont décrites. Le nombre de cristaux inclus dans lensemble représentatif est un paramètre important et est discuté. Le comportement élastique et plastique du polycristal sont décrits. Outre le modèle de transition micro-macro basé sur les hypothèses de Taylor, dautres modèles plus récents et plus coûteux en temps de calcul sont décrits. Le deuxième chapitre introduit également lécrouissage du polycristal. Le troisième chapitre présente les étapes successives du développement de lapproche locale de la surface de plasticité. Etant donné que la surface de plasticité est définie dans lespace à 5 dimensions des contraintes déviatoriques, des notions de géométrie dans un espace à n dimensions sont présentées. Différentes propriétés des domaines dans lesquels la surface de plasticité est localement définie sont décrites ; ainsi que la méthode de construction des domaines et le lien entre domaines voisins. Deux méthodes dinterpolation à partir de points calculés via le modèle de Taylor de la surface de plasticité à lintérieur des domaines ont été développées et sont présentées. La méthode de hyperplans définit localement la surface de plasticité au moyen dhyperplans (des plans dans lespace à 5 dimensions des contraintes déviatoriques). La méthode dinterpolation directe contraintes-déformations permet une représentation plus précise et plus continue entre domaines voisins de la surface de plasticité. Etant donné son importance cruciale pour la convergence des simulations numériques utilisant la méthode des éléments finis, la normale à la surface de plasticité est soigneusement examinée pour les deux méthodes locales dinterpolation. Certains problèmes particuliers rencontrés lors du développement et liés à lapproche locale de la surface de plasticité sont présentés pour les deux méthodes dinterpolation. Quelques points particuliers liés à limplémentation de ces méthodes dans le code éléments finis LAGAMINE sont décrits. Le principal intérêt de lapproche locale de la surface de plasticité est son efficacité lors du calcul de lévolution de texture au cours des déformations plastiques. Un paragraphe est dès lors consacré aux détails de calcul des rotations des orientations cristallines et à limplémentation de lévolution de texture dans le code éléments finis. Le chapitre 3 se termine par un paragraphe qui analyse la précision, la robustesse et le gain en temps de calcul (par rapport à lutilisation directe du modèle de Taylor) de lapproche locale de la surface de plasticité. Le quatrième chapitre présente les validations de lapproche locale de la surface de plasticité. Trois validations académiques sont tout dabord effectuées : prédiction de lévolution de texture lors du laminage ; prédiction de leffet Swift en cours de torsion dun tube ou dun cylindre et comparaison du comportement en torsion et compression des métaux cubiques faces centrées et cubiques centrés isotropes. La première validation complexe est lemboutissage de godets circulaires à fond plat. Les résultats des simulations (distribution des déformations plastiques, évolution de la force poinçon en fonction du temps, prédiction des oreilles demboutissage et prédiction de la texture finale) sont comparés aux valeurs expérimentales. La géométrie du processus demboutissage, la mesure des valeurs expérimentales et les paramètres numériques utilisés pour les simulations sont largement détaillés. Linfluence de certains paramètres numériques sur les résultats des simulations est de plus analysée. Une seconde simulation demboutissage avec une autre géométrie et un matériau plus anisotrope est également étudiée. Les oreilles demboutissage sont particulièrement analysées ; le retour élastique dû à un retrait des outils est examiné. Le mémoire se termine par un cinquième chapitre qui présente des perspectives et des conclusions permettant à lauteur de synthétiser les apports de sa thèse et dindiquer quelles directions de recherches lui paraissent devoir être explorées dans le futur.

LES "COATED CONDUCTORS" (CCS), OU FILMS ÉPAIS REBCO DÉPOSÉS SUR SUBSTRATS MÉTALLIQUES FLEXIBLES, SONT DES MATÉRIAUX AU GRAND POTENTIEL INDUSTRIEL MAIS ENCORE PEU CONNUS DU FAIT DE LEUR ÉMERGENCE RÉCENTE. LES APPLICATIONS À BASE DE CCS CRÉENT DES CONTRAINTES MÉCANIQUES INHÉRENTES SUR CES MATÉRIAUX QUI NE DOIVENT PAS DÉTÉRIORER LEURS PROPRIÉTÉS ÉLECTRIQUES. <br /><br />CE TRAVAIL DE THÈSE A POUR OBJECTIF D'ÉVALUER L'INFLUENCE DE LA CONTRAINTE MÉCANIQUE SUR LES PROPRIÉTÉS DE TRANSPORT ET SUR LA MORPHOLOGIE DES CCS. LA CORRÉLATION ENTRE LES DIFFÉRENTES TECHNIQUES D'INVESTIGATION QUE SONT LES MESURES DE COURANT CRITIQUE DE TEMPÉRATURE CRITIQUE, AVEC OU SANS CHAMP MAGNÉTIQUE, L'IMAGERIE MAGNÉTO-OPTIQUE ET/OU ÉLECTRONIQUE APPORTENT DES INFORMATIONS PRÉCIEUSES. LA SYNTHÈSE DES RÉSULTATS OBTENUS NOUS A DONNÉ DES INDICATIONS TECHNOLOGIQUES SUR CES ÉCHANTILLONS FOURNIS PAR L'INDUSTRIEL THEVA-GMBH, MAIS NOUS ONT AMENÉ ÉGALEMENT À UNE ÉTUDE PLUS FONDAMENTALE DE LEURS PROPRIÉTÉS DE TRANSPORT.

Le béton est un matériau très utilisé dans l'industrie de construction. Une limite essentielle à un usage de ce matériau est sa dégradation par écaillage lorsqu’il est exposé au feu. Le phénomène d'écaillage consiste en une éjection du béton sous forme d'écailles à la surface du béton exposée à l'incendie. La section de béton s'en trouve progressivement réduite. De plus, ce phénomène expose les armatures et peut conduire à une rupture prématurée de structures telles que les tunnels, les gratte-ciels, les centrales nucléaires etc. De nombreuses recherches ont été consacrées à la mise au point de méthodes de prévention de l'écaillage et à la détermination des paramètres qui ont une influence sur ce phénomène. Cependant, la physique qui contrôle l'écaillage n'est pas encore entièrement comprise. L'objectif principal de la thèse est de fournir une meilleure compréhension des mécanismes impliqués dans l’écaillage du béton en utilisant une approche numérique-expérimentale, i.e., la tomographie neutronique couplée à la modélisation numérique avancée à une échelle adéquate.Dans ce travail, les premières mesures 3D de la teneur en eau du béton (grandeur locale indispensable au suivi du processus de déshydratation potentiellement responsable de l’écaillage) soumis à un chargement thermique sévère ont été réalisées à l'aide de tomographies neutroniques rapides. Le suivi de la déshydratation rapide du béton a été possible en réalisant un scan 3D toutes les minutes grâce à la source neutrons de l'Institut Laue Langevin (leader mondial), à Grenoble, France. Cette vitesse d'acquisition est dix fois plus rapide que toute autre étude tomographique rapportée dans la littérature. Un dispositif, adapté à l'imagerie neutronique et aux essais à haute température, a été développé pour réaliser de telles expériences. L'influence de la taille des agrégats sur la distribution de l'humidité au sein de l'échantillon est présentée. Les résultats quantitatifs sur l'accumulation d'humidité derrière le front de déshydratation, connue sous le nom de 'moisture-clog" et considérée comme un des facteurs principaux engendrant un excès de pression, sont également présentés et discutésEn parallèle, un modèle thermo-hydro-mécanique (THM) entièrement couplé a été mis en œuvre sur le logiciel élément fini Cast3M afin d'étudier et prédire le comportement du béton à haute température. Le code nouvellement implémenté est remarquablement plus rapide (20-30 fois) que le code existant sur lequel il est basé. Une approche mésoscopique a été adaptée au modèle pour prendre en compte l'hétérogénéité du béton. D'abord, le modèle est appliqué à des expériences de la littérature, qui étu-dient les paramètres standards tels que la température, la pression du gaz et la perte de masse. En-suite, des profils d'humidité 1D obtenus à partir d'expériences de radiographie neutronique sont utili-sés pour vérifier et améliorer le modèle en termes de lois de comportement critiques telles que les courbes de déshydratation et de rétention d'eau. Enfin, le modèle est utilisé pour prédire la distribution d'humidité 3D mesurée dans ce travail de doctorat par tomographie neutronique. Entre autres, des simulations THM mésoscopiques sont effectuées pour étudier l'influence d'un agrégat sur le front de séchage. / Concrete has been extensively used in the construction industry as a building material. A major drawback of this material is its instability at high temperature, expressed in the form of violent or non-violent detachment of layers or pieces of concrete from the surface of a structural element. This phenomenon, known as fire spalling, can lead to the failure of concrete structures such as tunnels, high rise buildings, nuclear power-plants, underground parkings etc. because the reinforcement steel is directly exposed to high temperature and the designed cross section of the concrete elements (e.g., columns, beams, slabs) is reduced. A lot of research has been dedicated on developing preventing methods for spalling and also on determining the parameters that have an influence on it. However, the physics behind this phenomenon is not yet fully understood.In this doctoral, the first 3D measurements of moisture content in heated concrete, which is believed to be one of the processes directly related to spalling, have been performed using in-situ neutron tomography. In order to follow the fast dehydration process of concrete, one 3D scan (containing 500 radiographs) per minute was captured thanks to the world leading flux at the Institute Laue Langevin (ILL) in Grenoble France. This acquisition speed, which is ten times faster than any other experiment reported in the literature, was sufficient to follow the dehydration process. A dedicated setup, adapted to neutron imaging and high temperature, has been developed for performing such kind of experiments. Concrete samples with different aggregate size have been tested. Quantitative analysis showing the effect of the aggregate size on the moisture distribution is presented. Results on the moisture accumulation behind the drying front, known as the moisture-clog, are also presented and discussed.In parallel, a numerically-efficient coupled thermo-hydro-mechanical (THM) model has been implemented in the finite element software Cast3M for understanding and predicting the complex behavior of concrete at high temperature in the context of spalling. The newly implemented code is remarkably faster (20-30 times) than an existing one, on which it is based. A mesoscopic approach has been adapted to the model for taking into account the heterogeneity of concrete. First the model is applied to experiments from literature monitoring standard parameters such as temperature, gas pressure and mass loss. Then, 1D moisture profiles obtained from neutron radiography experiments are used for verifying and improving the model in terms of some critical constitutive laws such as dehydration and water retention curves. Finally, the model is employed for predicting the 3D moisture distribution measured in this doctoral work via neutron tomography. Among others, mesoscopic THM simulations are performed for investigating the influence of an aggregate on the drying front.

Cette thèse est une contribution à la compréhension du comportement des composites carbone-époxy en compression par l’étude de l’influence des constituants (fibres et matrices). L’incidence d’un chargement mécanique d’amplitude constante ou variable sur la durabilité est étudiée et un modèle numérique permettant la prédiction de la résistance résiduelle est proposé. Une première partie des travaux s’intéresse aux mécanismes spécifiques engagés dans la résistance en compression. Un modèle analytique est retenu pour une confrontation expérimentale. Ce modèle propose de considérer d’une part le micro-flambage de la fibre comme contenu par le comportement en cisaillement de la matrice (Budiansky et Fleck, 1993). En complément, une partie supplémentaire de structure considérant, entre autres, l’influence du gradient de déformation induit dans une sollicitation en flexion 4 points est étudiée (Grandidier, 2002). Afin de valider la pertinence du modèle, une campagne expérimentale est menée sur six matrices époxy différentes (de fragile à ductile) dans des empilements stratifiés monolithiques identiques réalisés en cuisson autoclave. Ces résultats ont permis de valider la capacité du modèle à prédire l’influence de la rigidité de la matrice sur la résistance en compression. Le partie micro-flambage est validée pour la prise en compte de la matrice. La partie effet de structure (gradient ici) est validée par une comparaison avec des résultats supplémentaires obtenus sur des éprouvettes sandwich sollicitées en flexion. Ces dernières éprouvettes ont fait l’objet d’une conception spécifique afin de favoriser la rupture en compression pure (sans gradient de déformation). Une seconde partie est consacrée à l’étude de la durabilité en compression. Une campagne expérimentale d’essais de fatigue est menée en flexion 4 points sur les éprouvettes sandwich précédemment conçues. Les essais sont conduits à une fréquence de 10 Hz et différents rapports de charge dans une optique de dégager l’évolution de la résistance résiduelle. Un modèle numérique de changement d’échelles (stratifié, plis, constituants) est parallèlement développé, basé sur la dégradation et la plasticité de la matrice. On fait l’hypothèse de simplicité thermo-rhéologique de la matrice pour établir des courbes de maitresses à partir d’une série d’essais identifiés (fluage, relaxation, fatigue…). On utilise les propriétés résiduelles du pli (rigidité, résistance) pour estimer un indicateur d’endommagement. Ce dommage est répercuté dans les propriétés de la matrice au moyen d’une loi de dégradation linéaire. Une loi de cumul de dommage de type Miner est alors introduite pour tenir compte de la variabilité des chargements appliqués. Un solveur micro- mécanique est développé pour extraire le comportement non-linéaire du pli en cisaillement tenant compte de la dégradation. Ce comportement est paramétré par une loi de Ramberg-Osgood utilisée dans le modèle analytique validé précédemment. Les travaux des deux parties permettent donc la mise en place d’un outil de prédiction de la résistance résiduelle des plis sollicités dans un chargement biaxial plan, avec en particulier le traitement de la compression / This PhD dissertation is a contribution to the modelling of Carbon-Fiber-Epoxy-Polymer laminates, undergoing specifically compression loadings, according to components. The aim is to build a design tool for composites structures taking into account this compression specificity for dimensioning racing yachts parts (masts, daggerboards, foils), which is the expertise of HDS/GSea-Design, the company associated to this work. Emphasis was put on the influence of linear or non-linear properties of each phase by varying the type of fibre (from high stiffness to high strength) and the type of matrix (from brittle to ductile). The effect of a mechanical loading, static, constant (creep, relaxation) or variable (fatigue) on durability is studied and a numerical model for predicting the residual strength is proposed. The first part of this work deals with the mechanisms involved in compressive strength. An analytical model is used for an experimental validation. It considers a contribution linked to the micro-buckling of the fibre as contained by the shear behaviour of the matrix (Budiansky et Fleck [1993]). It considers also a contribution of the deformation gradient induced for instance in a bending loading (Gardin et al. [2002]). To validate this model, an experimental campaign was conducted on six different epoxy matrices (from brittle to ductile) on identical monolithic stackings processed in autoclave. The results allowed the validation of the model capability to predict the influence of the matrix stiffness on the compressive strength of unidirectional laminas. Taking into account the matrix behaviour validates the micro-buckling contribution. Regarding the deformation gradient contribution, it is validated through a comparison using additional experimental results on sandwich samples in bending. The latter samples were specifically designed to favour a pure compression fracture (without any deformation gradient). The second part examines durability in compression. Another experimental campaign with fatigue tests was conducted with four points bending tests on the same sandwich samples. Experiments were carried out at 10 Hz and different load ratios were used to study their influence on the compressive residual strength. A numerical model involving different scales (laminate, laminas, fibres and matrix) is developed in parallel (Huang et al. [2012a]), based on the degradation and the plasticity of the matrix. The assumption of thermo-rheological simplicity of the matrix is made to build master curves from dedicated experiments (creep, relaxation). We then use the residual properties (stiffness, strength) of the ply to estimate a damage level. This latter parameter is used to modify the elastic stiffness of the matrix with a linear law. A Miner-type cumulative law is used in fatigue to take into account the different possible loadings. A micro-mechanical solver is developed to extract the non-linear shear behaviour of the ply accounting for this degradation. This behaviour is described by a Ramberg-Osgood law used in the analytical model described in the first part of this work. The joint contributions of these two parts allowed us to program a numerical tool for predicting the residual strength of plies undergoing a biaxial in- plane loading, being monotonous, constant or with a variable amplitude, with emphasis on the particular case of compression loading.

Nous présentons des approches théoriques et numériques pour deux dynamiques irréversibles et parallèles sur des modèles de mécanique statistique. Dans le premier chapitre, nous présentons les résultats théoriques sur un système de particules induite par une chaîne de Markov irréversible, à savoir le TASEP. Permettant des multiples retournements de spin \`à chaque itération, nous définissons un modèle avec une dynamique parallèle appartenant à la famille des PCA et nous dérivons sa mesure stationnaire. Dans ce cadre, nous traitons {\it le problème du blocage}, {\it i.e.} comprendre les effets d’une perturbation localisée dans le taux de transition des particules sur des systèmes irréversibles: le problème du blocage. Dans le deuxième chapitre, nous présentons une version unidimensionnelle du modèle d'Ising avec potentiel de Kac. Nous définissons une PCA avec une interaction asymétrique et nous trouvons sa mesure stationnaire avec condition aux limites périodique.Ensuite, nous prouvons la convergence, dans la limite thermodynamique, de cette mesure stationnaire vers la mesure de Gibbs pour toutes les températures supérieures à la température critique via les estimations de F\"ollmer et le théorème d'unicité de Dobrushin. Dans la seconde partie de la thèse, nous étudions ces deux dynamiques à travers des expériences numériques. Dans le cas du TASEP en exploitant des processeurs graphiques (GPU) et CUDA pour identifier une estimation raisonnable du {temps de m\'elange} et renforcer la conjecture qu’à la fois dans la version, la règle de mise à jour série ou parallèle, le courant peut ne pas être analytique dans l’intensité du blocage autour de la valeur $ \varepsilon = 0 $ / In this thesis we present theoretical and numerical approaches for two irreversible and parallel dynamics on one-dimensional statistical mechanics models. In the first chapter we present theoretical results on a particles system driven by an irreversible Markov chain namely the totally asymmetric simple exclusion process (TASEP). Allowing multiples spin-flips in each time-step we define a model with a parallel dynamics that belongs to the family of the probabilistic cellular automata (PCA) and we derive its stationary measure. In this framework we deal with {\it the blockage problem}, {\it i.e.} to understand the effects of a localized perturbation in the transition rates of the particles on irreversible systems: the blockage problem. In the second chapter we present a one-dimensional version of the Ising model with Kac potential. Again we define a PCA dynamics with asymmetric interaction between particles and we find its stationary measure for periodic boundary condition. Then we prove the convergence, in the thermodynamic limit, of such stationary measure to the Gibbs measure for all temperatures above the critical one via F\"ollmer estimates and dobrushin's uniqueness theorem. In the second part of the thesis, we investigate these two dynamics through numerical experiments.In the case of the TASEP we exploit general purpose graphical processors unit (GPGPU) writing a parallel code in CUDA to identify a reasonable {\it mixing time} and reinforce the conjecture that in both version, serial or parallel update rule, the current may be non-analytic in the blockage intensity around the value $\varepsilon = 0$

Le comportement au jeune âge des matériaux à matrice cimentaire est un phénomène complexe qui met en opposition une structure évolutive, mais encore faible mécaniquement et des sollicitations externes particulières en terme de température, humidité et blocage mécanique par exemple. Il en résulte dans certains cas la fissuration par retrait gêné du matériau en cours de développement. Une approche couplée expérimentale-numérique a été développée afin de reproduire le phénomène de fissuration par retrait empêché, en laboratoire et sous conditions contrôlées. Cette approche identifie les paramètres clés nécessaires à la construction d'un modèle mésoscopique numérique prédictif qui prend en compte les effets des couplages chimio-hydro-mécaniques sur l'évolution des propriétés physico-mécaniques du matériau.