Le comportement des polymères amorphes suscite un intérêt certain dans le monde de la recherche car leurs domaines d'application sont très varies. La transparence et une grande rigidité sont de grands atouts qui font du polycarbonate (pc) un des polymères techniques les plus usités. Les lois phénoménologiques ne permettent pas de reproduire correctement le comportement de ce polymère. Cette étude se propose donc d'étudier le comportement du pc a partir d'essais simples et complexes de compression uniaxiale en quasi statique et à température ambiante. Des essais comprenant plusieurs cycles de charge – décharge – maintien a effort constant sont réalisés avec différents niveaux et temps de maintien. Une autre série d’essais est destinée a mettre en évidence l’anisotropie induite du pc. L’ensemble de ces essais est ensuite comparé au modèle de boyce, parks et argon (1988) très référencé dans la littérature afin de tester sa validité. Certaines lacunes de cette approche sont ainsi mises en évidence. Finalement, un nouveau modèle micromécanique est proposé, basé sur la structure du polymère et l'évolution de celle-ci et inspire des modèles de plasticité pour les métaux. La notion de pelote comprenant plusieurs chaînes moléculaires est introduite. La déformation totale est décomposée de façon additionnelle en parties élastique, anélastique et plastique. L’écrouissage est naturellement introduit grâce à la combinaison de la notion de pelote et du modèle de lin (1957). Une première validation de ce modèle est proposée, fournissant des résultats particulièrement encourageants pour les travaux futurs / The behaviour of amorphous polymers is of a great interest in the research world because their application fields are various.transparency and high stiffness are the major advantages which made polycarbonate (pc) one of the most machined technical polymers. Phenomenological laws don’t allow reproducing correctly the behaviour of this polymer. this study proposes to analyze the pc’s behaviour based on simple and complex uniaxial compressive tests, in quasi static conditions and at room temperature. Tests with different loading – unloading – maintaining at constant forces cycles are done with various levels and maintaining times. Another series of tests is dedicated to show the induced anisotropy of pcs. all these experiments are compared to the boyce, parks and argon’s model (1988) very represented in the literature in order to check its validity. some lacks of this approach are enlightened. finally, a new micromechanical model is proposed based on the polymer structure and on its evolution, and inspired from metal plasticity models. the concept of balls which include several molecular chains is introduced. the total strain is additionally decomposed of three parts: elasticity, anelasticity and plasticity. The hardening is naturally introduced thanks to the combination of ball concept and lin’s model (1957). A first validation of this model is proposed, giving encouraging results for further works

L’amélioration des techniques de caractérisation (EBSD, MET, AFM) permet actuellement une meilleure compréhension des mécanismes plastiques intra-granulaires pour des poly-cristallin déformé. Les observations expérimentales montrent que les processus de plastification sont fortement hétérogènes et intermittent à l’intérieur des grains. Les modèles micromécaniques à champs moyens développés ces dernières décennies ne considèrent pas proprement les hétérogénéités intra-granulaires du glissement plastique. Or il est aujourd’hui démontré (simulations de Dynamique des Dislocations Discrètes par exemple) que la prise en compte de l’auto-organisation des dislocations à l’intérieur des grains est fondamentale pour mieux comprendre et expliquer les effets de taille de grains sur le comportement mécanique des polycristaux. Dans cette étude, deux approches complémentaires ont été développées : Une approche théorique qui consiste aux calculs des champs élastiques (contrainte interne et rotation de réseau) dus à une distribution discrète de boucles de dislocations contraintes par le joint de grains, et une approche expérimentale dont le but est de caractériser quantitativement les longueurs caractéristiques (espacements inter-bandes, et niveau de plasticification dans les bandes) pour des polycristaux à plusieurs tailles de grains se déformant plastiquement et de mesurer les rotations de réseau locales associées (mesure EBSD de désorientation de réseau cristallin) en vue de les comparer au champs de rotations élastiques calculés par le modèle. Le modèle a également été étendu pour permettre l’étude à des microstructures plus complexes, comme par exemple, les cellules de dislocations / The improvement of the materials characterization techniques in the last years has given access to new important information about the microstructure of polycrystalline metals. From experimental studies of deformed polycrystals, plastic strain within grains is known to be strongly heterogeneous and intermittent. As a consequence of the collective motion of dislocations, sample surfaces are indeed characterized by the presence of slip lines and slip bands (as slip traces). In the present study, a new micromechanical approach is developed to derive the mechanical fields (stresses, distortion, lattice curvature, elastic energy) arising from the presence of an inelastic strain field representing a typical internal "microstructure" as the one observed during the plastification of metallic polycrystals. This "microstructure" is due to the formation of discrete (spatial-temporal) intra-granular plastic slip heterogeneities which are modelled using discrete distributions of circular glide dislocation loops for a grain embedded in an infinite elastic matrix. Then, field equations have been solved using the method of Fourier Transforms. In contrast with the mean field approach based on the Eshelby formalism, it is then found that stress and lattice curvature fields are not more uniform inside the grain. A grain boundary layer actually appears where strong gradients occur and whose thickness depends on the introduced internal lengths. These results are compared with experimental measurements of local lattice rotation fields obtained by orientation imaging mapping (OIM). The model is able to capture different behaviours between near grain boundary regions and grain interior. The model was also develop to allow the study of more complex microstructures like the dislocation cells

Résumé non disponible

Les activités industrielles modernes (stockage de déchets nucléaires, puits géothermiques, centrales nucléaires, …) peuvent solliciter les matériaux cimentaires dans des conditions extrêmes, par exemple à des températures supérieures à 200 °C. Ce niveau de température va induire des phénomènes de déshydratation au sein de la pâte, impactant notamment les C-S-H, hydrate majoritaire à l'origine de la cohésion mécanique. L'effet de cette déshydratation sur les propriétés mécaniques et de transport a ainsi fait l'objet de ce travail de thèse. Afin d'appréhender ces effets, il convient de prendre en compte le caractère hétérogène, poreux et multi-échelle de ces matériaux. Pour cela, la micromécanique et les outils d'homogénéisation basés sur la solution d'Eshelby ont été utilisés. Par ailleurs, pour accompagner cette modélisation multi-échelle, des essais mécaniques basés sur la théorie des milieux poreux ont été menés. La mesure des modules de compressibilité, de la perméabilité et de la porosité sous confinement ont permis d'étudier les mécanismes de dégradation de ces matériaux lors de sollicitations thermiques jusqu'à 400°C / The modern industrial activities (storage of nuclear waste, geothermal wells, nuclear power plants, ...) can submit cementitious materials to some extreme conditions, for example at temperatures above 200 ° C. This level of temperature will induce phenomena of dehydration in the cement paste, particularly impacting the CSH hydrates which led to the mechanical cohesion. The effects of these temperatures on the mechanical and transport propertes have been the subject of this thesis.To understand these effects, we need to take into account the heterogeneous, porous, multi-scale aspects of these materials. To do this, micromechanics and homogenization tools based on the Eshelby problem's solution were used. Moreover, to support this multi-scale modeling, mechanical testing based on the theory of porous media were conducted. The measurements of modulus compressibility, permeability and porosity under confining pressure were used to investigate the mechanisms of degradation of these materials during thermal loads up to 400 ° C

Cette thèse a pour but de modéliser un critère de perte de ductilité. Pour cela, ce travail a été fait en trois étapes. Dans un premier temps, le comportement à l'échelle locale (qui est celle d'un grain ou d'un monocristal) est modélisé par une loi micromécanique écrite dans le cadre des grandes déformations. L'écrouissage étant quant à lui pris en compte par une matrice dont la variable interne est la densité de dislocations moyenne par système de glissement. Cette modélisation est apte à reproduire le comportement de monocristaux de ferrite ou d'alliage fer-silicium pour des trajets simples et complexes. Dans un deuxième temps la transition d'échelles entre le comportement local et celui d'un agrégat polycristallin est réalisée grâce au schéma autochérent au sens de Hill. A cette étape il es montré que la modélisation adoptée est capable de prédire le comportement pour des aciers monophasés, biphasés et monphasés contenant des précipités pour des trajets simples et complexes. De plus, le modèle donne aussi de bons résultats dans le calcul de coefficient de Lankford et des surfaces de charge ainsi que pour la prédiction de l'évolution des textures. La troisème étape consiste à introduire un critère de perte de ductilité basé sur la perte d'ellipticité du module tangent élastoplasique, c'est le critère de Rice. Ce critère est ensuite utilisé pour tracer des courbes limite de formage et il est montré que de bons résultats sont obtenus.

La plupart de l'énergie en France est d'origine nucléaire. Le bâtiment de réaction comporte une enceinte interne et une externe. L'enceinte interne est en béton précontraint, pour limiter le débit de fuite dans l'espace interne-ence inte. La précontrainte diminue au cours du temps à cause du fluage du béton. Il risque de se propager des fissures par une pression accidentelle interne. On pose alors deux problèmes de recherche : propagation de macrofissures dans une structure viscoélastique ; comportement effectif d'un matériau viscoélastique microfissuré. On développe tout d'abord un modèle viscoélastique de Burger pour le béton avec deux approches de calcul numérique et analytique. On traite ensuite le problème de fissure unique en développant thermodynamiquement la notion du taux de restitution d'énergie. Dans la troisième partie, on établit un modèle viscoélastique pour modéliser le comportement effectif des matériaux microfissurés dans le cas sans propagation. Le problème de propagation de microfisures est étudié ultérieurement par une approche numérique basée sur le "motif morphologique représentative". Ces études sont finalement appliquées pour traiter les problèmes de propagation de fissure et endommagement d'une enceinte de confinement sous l'application d'une pression accidentelle interne

Les activités industrielles modernes (stockage de déchets nucléaires, puits géothermiques, centrales nucléaires, ...) peuvent solliciter les matériaux cimentaires dans des conditions extrêmes, par exemple à des températures supérieures à 200 °C. Ce niveau de température va induire des phénomènes de déshydratation au sein de la pâte, impactant notamment les C-S-H, hydrate majoritaire à l'origine de la cohésion mécanique. L'effet de cette déshydratation sur les propriétés mécaniques et de transport a ainsi fait l'objet de ce travail de thèse. Afin d'appréhender ces effets, il convient de prendre en compte le caractère hétérogène, poreux et multi-échelle de ces matériaux. Pour cela, la micromécanique et les outils d'homogénéisation basés sur la solution d'Eshelby ont été utilisés. Par ailleurs, pour accompagner cette modélisation multi-échelle, des essais mécaniques basés sur la théorie des milieux poreux ont été menés. La mesure des modules de compressibilité, de la perméabilité et de la porosité sous confinement ont permis d'étudier les mécanismes de dégradation de ces matériaux lors de sollicitations thermiques jusqu'à 400°C

Le travail réalisé comporte deux points principaux. Dans un premier temps, on s'attache à utiliser la théorie classique pour en cerner le potentiel et les limites. Il apparaît alors que les modélisations traditionnelles sont essentiellement phénoménologiques et considèrent le matériau comme une entité mathématique idéale. Cette modélisation "oublie" le plus souvent les propriétés physiques du matériau responsables de la plasticité. C'est comme si, à partir du simple fonctionnement apparent d'un moteur, on essayait de modéliser son comportement sans faire analyse de son comportement interne. Cette modélisation quoique rustique est efficace. Elle ne peut cependant avoir un degré de précision suffisant pour être utilisée dans des simulations de plus en plus précises.<br />Il existe une voie alternative qui tend maintenant à se développer largement. La plupart des propriétés macroscopiques ne peuvent en fait être comprises, prédites voire optimisées qu'en intégrant les phénomènes et mécanismes intervenant à une ou plusieurs échelles inférieures. La modélisation dite multi échelles nécessite donc en partant du niveau macroscopique et en descendant aux échelles inférieures :<br />une analyse de l'échelle pertinente de description élémentaire,<br />l'étude et l'analyse des mécanismes actifs à cette échelle,<br />la mise en place de transition d'échelles pour établir le modèle macroscopique.<br />C'est ce type de modélisation appliqué à la description du comportement plastique des métaux qui est donc proposé dans un second temps.<br />Cette synthèse d'activité est organisée de la façon suivante.

Cette thèse présente la mise en place d'une méthodologie pour un dialogue multi-échelle entre la caractérisation microstructurale, consistant en une étude de la morphologie et de la texture cristallographique du matériau, et celle des champs mécaniques associés, notamment de déformation. Cette méthode est basée sur un couplage entre la caractérisation expérimentale de la microstructure, des essais mécaniques macroscopiques, des mesures de champs de déformation déterminées à l'échelle intragranulaire, et des simulations numériques par éléments finis. Enfin une définition d'une fonction coût est proposée dans le but d'optimiser les paramètres de la loi de comportement cristallographique retenue. <br /><br />Cette méthode a été appliquée à l'étude des alliages de zirconium dans le but d'améliorer la compréhension de leur comportement mécanique en relation avec leur microstructure. Compréhension qui est un point clef de leur utilisation dans le domaine de l'industrie nucléaire. Cette thèse a été réalisée dans le cadre du CPR SMIRN, regroupant des laboratoires du CNRS, du CEA et d'EDF.

Le contact unilatéral entre deux surfaces est un phénomène omniprésent en physique, en mécanique et en génie civil. Une surface nominalement lisse à l’échelle macroscopique est en réalité rugueuse à l’échelle microscopique. La présence de rugosités modifie considérablement la distribution des contraintes et le champ des déformations au voisinage des surfaces en contact. La prise en compte de rugosités surfaciques à l’échelle microscopique constitue souvent une clé pour appréhender et modéliser un grand nombre de phénomènes d’interface/surface observés à l’échelle macroscopique, tels que le frottement, l’adhésion, l’usure et la conductivité thermique ou électrique. Ce travail de thèse porte sur le contact unilatéral de deux demi-espaces dont les surfaces sont périodiquement rugueuses. Dans la première partie du travail où les deux demi-espaces sont constitués de deux matériaux linéairement élastiques, une approche numérique simple et efficace est proposée et élaborée en se basant sur la méthode des éléments de frontière et la méthode d’inversion matricielle et en exploitant la périodicité du problème en question. Cette approche numérique est d’abord comparée avec et validée par des résultats analytiques et ensuite appliquée à plusieurs cas d’intérêt pratique. Dans les deuxième et troisième parties du travail, l’approche numérique proposée dans le cas élastique est étendue aux cas où les demi-espaces sont formés de matériaux d’abord linéairement thermoélastiques et ensuite linéairement viscoélastiques. Des résultats analytiques existants dans ces deux cas sont utilisés comme benchmarks pour tester la précision et l’efficacité des approches résultantes. Des exemples numériques sont donnés pour mettre en évidence des phénomènes physiques / Unilateral contact between two surfaces is a phenomenon often present in physics, mechanics and civil engineering. A nominally smooth surface on a macroscopic scale is actually rough on the microscopic scale. The presence of surficial roughness considerably modifies the stress distribution and the strain field in the vicinity of the surfaces in contact. Consideration of surficial roughness at the microscopic scale is often a key to understanding and modeling a large number of macroscopic interface/surface phenomena such as friction, adhesion, wear and thermal or electrical conduction. This work focuses on the unilateral contact of two half-spaces whose surfaces are periodically rough. In the first part of the work where the two half-spaces consist of two linearly elastic materials, a simple and efficient numerical approach is proposed and elaborated on the basis of the boundary element method and the matrix inversion method and by exploiting the periodicity of the problem in question. This numerical approach is first compared with and validated by available analytical results and then applied to several cases of practical interest. In the second and third parts of the work, the numerical approach proposed in the elastic case is extended to cases where the half-spaces are formed of materials that are first linearly thermoelastic and then linearly viscoelastic. Some existing analytical results in these two cases are used as benchmarks to test the accuracy and efficiency of the resulting approaches. Numerical examples are given to bring out some physical phenomena