Les mousses métalliques ont connu un essor important durant les dernières décennies. Leur capacité à supporter de très larges niveaux de déformation tout en transmettant de faibles contraintes les rend particulièrement adaptés à des solutions d'absorption d'énergie ou de protection contre des sollicitations intenses.Le comportement dynamique de ce type de matériau peut être influencé par les effets inertiels au niveau des parois ou des ligaments constituant son squelette (micro-inertie). Un modèle de comportement à base micromécanique a été développé pour prendre en compte les effets micro-inertiels sur le comportement macroscopique de mousses à porosités fermées. Le modèle proposé repose sur la procédure d'homogénéisation dynamique introduite par Molinari et Mercier (2001). Par cette approche, les effets micro-inertiels apparaissent sous la forme d'un terme supplémentaire dans le tenseur des contraintes, appelé contrainte dynamique. À partir de comparaisons avec des données extraites de la littérature, il est ainsi démontré qu'inclure les effets micro-inertiels permet d'obtenir une meilleure description de la réponse des mousses sous choc.L'influence d'une épaisseur de mousse localisée entre un explosif et une enveloppe cylindrique a ensuite été étudiée en suivant deux approches. La première, qui s'appuie sur les travaux de Gurney (1943), repose sur des considérations énergétiques. La seconde méthode permet d'aboutir à une description plus détaillée des tailles et vitesses de fragments. Elle repose sur la combinaison d'un modèle éléments finis pour décrire la propagation de l'onde de choc dans la mousse et l'expansion de l'enveloppe et d'un modèle de fragmentation de type Mott (1947). / Metallic foams have known a growing interest in the last decades. Their ability to undergo very large strains while transmitting only reasonable stress levels makes them particularly suitable for energy absorption applications and protection against intense solicitations. The dynamic behavior of metal foams is linked to inertial effects appearing at the walls and ligaments of the material microstructure (micro-inertia). A constitutive model has been developed to take micro-inertial effects into account when describing the macroscopic behavior of closed-cell foams submitted to dynamic loadings. The proposed approach was developed using the dynamic homogenization procedure introduced by Molinari and Mercier (2001). Within this framework, micro-inertial effects appear as an additional stress term, called dynamic stress. Comparisons with data from literature have showed that including micro-inertia effects allows one to achieve a better description of the foam response under shock loading.The influence of a foam layer placed between an explosive and a cylindrical casing has been investigated by following two approaches. The first one is based on energetic considerations, following the work of Gurney (1943). The second method allows one to obtain a more detailed description of fragment sizes and velocities. It relies on the combined use of a finite element model and a description of the shell fragmentation based on the work of Mott (1947).

Les propriétés des mousses liquides sont majoritairement gouvernées par les caractéristiques de leurs interfaces liquide/gaz. Nous illustrons ces effets à l'échelle locale par différents exemples : – Les réarrangements topologiques, pendant lesquels les bulles changent de voisines, sont les événements élémentaires à l'origine de propriétés rhéologiques et de stabilité des mousses. En réalisant des expériences sur une assemblée de films dans un cadre cubique, nous avons étudié les mécanismes de formation du nouveau film pour différentes solutions de tensioactifs modifiant les propriétés interfaciales. – L'observation de l'éclatement d'un film de savon unique montre que cette dynamique est ralentie à cause de l'élasticité des interfaces, jusqu'à l'apparition de rides ou de fractures pour une compression critique. – Par des mesures force/déplacement, nous avons montré qu'un radeau de particules se comporte comme un granulaire 2D, qui peut se déformer en-dehors du plan de l'interface, et dans lequel la contrainte peut dépendre de la friction à la paroi. De plus, l'ajout de ponts capillaires entre les particules procure au radeau une meilleure résistance à la traction et à la compression. – En injectant de l'air dans une pâte, nous avons créé des bulles stables dans des conditions permettant l'adsorption des tensioactifs à la surface des particules pour les rendre partiellement mouillantes. En utilisant ce mécanisme dans un système cimentaire, des bulles solides sont alors fabriquées / Properties of liquid foams are mainly governed by the features of liquid/gas interfaces. We illustrate this phenomenon at the local scale through different examples : – Topological rearrangements, i.e. switching of neighboring bubbles, are the elementary process of liquid foams stability and dynamics. Experiments are performed in a cubic assembly of films, in order to investigate the mechanism of creation of the new film for different surfactants solutions and therefore different interfacial properties. – Observation of soap film bursting shows that the dynamics is slowed down because of interfacial elasticity, until wrinkles or cracks appear for a critical compression. – Through strength/displacement measurements, we show that a particle raft behaves as a 2D granular material, which can buckle, and whose stress can depend on wall friction. Moreover, the addition of liquid bridges between particles provides higher compressive and tensile strengths to the raft. – Blowing air into a paste allows creating stable bubbles, when surfactants adsorb at particles surface, modifying their wetting properties. We demonstrate that this method can lead to solid bubbles with a cementitious system

La contamination atmosphérique par les métaux/métalloïdes (As, Cd, Cu, Pb, Sb, Zn…) et par les composés azotés impacte durablement les écosystèmes. L’évaluation des dépôts atmosphériques responsables de ces effets néfastes reste éparse car complexe, en particulier dans les environnements éloignés des sources de contamination comme les massifs forestiers. La prospection et l’estimation des éléments traces et de l’azote apportés dans ces dépôts ont été réalisées à l’échelle nationale à travers deux approches de biosurveillance par les lichens et les mousses : la bioaccumulation et la bioindication. L’enregistrement des éléments traces par les organismes indique une forte pression lithogénique dans ces milieux éloignés des sources directes, qui s’inclut dans le bruit de fond géochimique (e. g. Al, As, Co, Cr, Fe, Ni et Ti). Des sources additionnelles issues des activités anthropiques plus locales complètent régionalement les cortèges des éléments chimiques enregistrés (Cd, Cu, Sb ou Zn). La comparaison des échantillons de lichens et de mousses avec des spécimens historiques d’herbiers nous permet de retrouver ce contexte régional durant les siècles passés, et notamment de conforter les signatures lithologiques à travers le temps grâce aux terres rares. Ainsi, l’utilisation du charbon fossile apparaît être la source de contamination métallique dominante durant la fin du XIX e siècle et le début du XX e siècle, et plus récemment, une source additionnelle comme le transport routier (cas de Pb) a pu être notée. En parallèle, des facteurs influençant la bioaccumulation des métaux ont été testés : l’espèce considérée joue sur la capture des particules atmosphériques à travers la morphologie du thalle, et l’écorce support ne présente que peu d’influence. En considérant les signatures des dépôts atmosphériques, la végétation au travers des pluviolessivats apparaît influencer davantage les mousses terricoles que les lichens corticoles, ces derniers étant plus représentatifs des dépôts totaux. Des expérimentations de sorption/désorption montrent un processus rapide d’accumulation (une semaine) pour Pb et Cd, mais ne montrent ni compétition entre les métaux bioaccumulés, ni influence du lessivage sur la bioaccumulation. De nouvelles données concernant la sensibilité des espèces lichéniques face aux polluants métalliques ont pu être obtenues à partir de relevés de bioindication couplés à des analyses statistiques multivariées. / The atmospheric contamination by metals/metalloids (As, Cd, Cu, Pb, Sb, Zn…) and by nitrogen compounds impact the ecosystems. The atmospheric deposition is responsible of these harmful effects and its evaluation is complex and missing, particularly in remote environments like forest areas. The monitoring of trace element and nitrogen deposition at the national scale is carried out through two different approaches of biomonitoring by lichens and mosses: bioaccumulation and bioindication. The metal bioaccumulation points out a strong lithogenic pressure in these remote areas that is included in the geochemical background (e. g. Al, As, Co, Cr, Fe, Ni and Ti). Additional sources from more local anthropogenic activities are responsible for the regional context by the accumulation of other chemical elements (Cd, Cu, Sb or Zn). The comparison of current samples with herbarium specimens allows us getting back to historical regional influence one and half century ago, including consolidating the lithological influence over the time by rare earth elements. The use of fossil coal appears as a dominant source of metallic contamination in the late 19th century and the beginning 20th century. In parallel, the factors influencing the bioaccumulation of metals were evaluated: the entrapment of atmospheric particles is influenced by the morphology of the thallus but not by the bark. Considering the atmospheric deposition signature, vegetation via throughfall was found to be more influent for terricolous mosses than for corticolous lichens. Additional experiments of sorption/desorption showed a quick accumulation process (one week) for Pb and Cd, but neither metal competition, nor leaching influence on bioaccumulation were highlighted. New data on lichen species sensitivity to metal pollutants have been compiled through multivariate statistical analysis

L'objectif de cette thèse de doctorat est d'étudier expérimentalement et numériquement le comportement thermique des mousses d'aluminium et des matériaux à changement de phase (MCP), présentés sous la forme d’un composite, afin de connaître le phénomène de stockage d’énergie thermique dans ces matériaux. Le procédé de fabrication de la mousse d'aluminium à cellules ouvertes est d’abord analysé numériquement dans le but de réduire les défauts formés durant la fabrication. Les caractéristiques de transfert de chaleur du MCP dans les mousses d'aluminium comportant différentes porosités sont ensuite étudiées en analysant les processus de fusion et la variation de températures dans ces composites. Deux modèles numériques pour la mousse d'aluminium à faible et à haute porosité sont établis afin d’évaluer la performance de stockage d'énergie des composites. Les résultats montrent que la mousse d'aluminium peut améliorer considérablement la performance de transfert de chaleur du MCP en raison de sa conductivité thermique élevée. La performance de stockage d'énergie dépend fortement de la porosité des mousses d'aluminium. Une porosité optimisée met en évidence cette performance et l’amélioration du comportement thermique. La dernière partie de la thèse porte sur une structure améliorée de la mousse par rapport à la structure uniforme: Association de l’ailette métallique et du gradient de porosité de la mousse. Cette nouvelle structure donne ainsi une performance de stockage d'énergie encore meilleure surtout dans le cas d’une source de chaleur isotherme / The objective of this Ph.D. thesis is to study the thermal behavior of the aluminum foam and phase change material (PCM) composite by both experimental and numerical methods in order to know the phenomena of storage of thermal energy in these materials. The manufacturing process of open-cell aluminum foam is firstly analyzed numerically to reduce the manufacturing defects in the samples. The heat transfer characteristics of PCM embedded in aluminum foams with different porosities are then investigated by analyzing the melting processes and the temperature variations in the composites. Two numerical models for low and high porosity aluminum foam are established to evaluate the energy storage performance of the composites. The results show that the aluminum foam can greatly improve the heat transfer performance in PCM due to its high thermal conductivity. The energy storage performance depends strongly on the porosity of the aluminum foam/PCM composite. An optimized porosity highlights this performance and improves the thermal behavior. The last part of this thesis proposes an improved structure of aluminum foam with respect to the uniform structure: Association of the metal fin and the foam with graded porosity. This new structure possesses a better energy storage performance especially in the case of the isothermal heat source

Cette thèse se focalise sur les écoulements gaz-liquide dans un milieu poreux, problématique rencontrée dans des domaines variés allant de la physique fondamentale à la chimie appliquée. Nous avons caractérisé expérimentalement les régimes hydrodynamiques dans deux géométries différentes : un canal millifluidique (écoulement quasi-1D) et une cellule de Hele-Shaw (écoulement quasi-2D). L’originalité de ce travail est d’analyser l’effet du milieu poreux (lits de billes polydisperses ou mousses solides à cellules ouvertes), du confinement (1D/2D) et de la gravité en couplant des approches locales et globales développées dans les communautés de physique expérimentale et de génie chimique. D’une part, une analyse globale a permis de quantifier les pertes de charge [1] et, basée sur le transport d’un traceur fluorescent, les distributions de temps de séjour [2] et le transfert gaz-liquide dans l’expérience 1D ; d’autre part, une analyse locale de la fraction liquide et l’évolution spatio-temporelle de son contenu fréquentiel ont permis de mettre en évidence deux régimes hydrodynamiques dans le canal millifluidique [3-5] : un régime pseudo-Taylor, où les caractéristiques de l’écoulement périodique amont sont conservées, et un régime modulé, pour lequel l’écoulement se désorganise à l’entrée du milieu poreux. Un modèle phénoménologique basé sur la propagation des bulles dans le milieu est proposé, et rend compte de l’existence de ces deux régimes [4,5]. Enfin, ces deux analyses sont couplées pour étudier les écoulements dans la cellule de Hele-Shaw, et une analyse dimensionnelle de l’effet du confinement et de la gravité sur les écoulements gaz-liquide dans un milieu poreux est proposée.Références –[1] M. Serres, R. Philippe & V. Vidal, to be submitted to Geophys. Res. Lett. (2017). [2] M. Serres, D. Schweich, R. Philippe & V. Vidal, to be submitted to Chem. Eng. Sci. (2017).[3] M. Serres, R. Philippe & V. Vidal, Compte-rendus de la 19e Rencontre du Non-Linéaire, Eds. E. Falcon, M. Lefranc, F. Pétrélis & C.-T. Pham, Non-Linéaire Publications, 109-114 (2016).[4] M. Serres, M.-L. Zanota, R. Philippe & V. Vidal, Int. J. Multiphase Flow 85, 157-163 (2016).[5] M. Serres, T. Maison, R. Philippe & V. Vidal, to be submitted to Int. J. Multiphase Flow (2017). / This thesis focuses on gas-liquid flow in porous media, a common problem encountered in various domains from fundamental physics to applied chemical engineering. We have characterized the hydrodynamic regimes based on two different experimental devices geometry: a millichannel (1D flow) and a Hele-Shaw cell (2D flow). The originality of this work is to analyze the influence of the porous medium (monodisperse micro-packed beds or open cell solid foams), confinement (1D/2D) and gravity by coupling global and local analysis from either chemical engineering or fundamental physics community. On the one hand, a global analysis made it possible to quantify pressure drops, residence time distributions (RTD) based on fluorescent dye transport and gas-liquid mass transfer on the 1D device. On the other hand, a local analysis of the liquid fraction and the spatio-temporal evolution of its frequency pointed out the existence of two hydrodynamic regimes: a Taylor-like regime in which the characteristics of the periodic flow upstream are conserved in the porous medium and a modulated regime characterized by the flow disorganization at the porous medium entrance. A phenomenological model is developed based on bubbles propagation inside the medium and reproduces well both regimes. These two analyses are finally coupled to study multiphase flows inside the Hele-Shaw cell. The effects of gravity and confinement are discussed.

L'objectif de cette thèse est d'étudier et d'optimiser le processus de fabrication des mousses métalliques et le comportement thermique du matériau de la mousse d'aluminium/matériau de changement de phase (MCP) par des méthodes expérimentales et numériques. Le processus d’élaboration de la mousse d’aluminium à pore ouvert est développé et optimisé pour contrôler précisément les paramètres de fabrication. Deux modèles de mousse d'aluminium à haute porosité (MAHP)/MCP composite et à faible porosité (MALP)/MCP composite sont établis pour la simulation numérique. En simulant le processus de fusion d'un système de stockage d'énergie, les composites MAHP/MCP et MALP/MCP sont comparés numériquement afin d'évaluer la performance de stockage d'énergie thermique. Les résultats montrent que la mousse d'aluminium améliore nettement le processus de transfert de chaleur dans MCP en raison de sa haute conductivité thermique. La porosité des mousses d'aluminium influence non seulement le processus de fusion du composite mais aussi la performance de stockage d'énergie thermique. Grâce à la collaboration avec EPF, une nouvelle méthode d’élaboration des mousses périodiques d'aluminium à pore ouvert est développée dans cette thèse sur la base d’impression 3D. Le comportement thermique des mousses d'aluminium périodiques à pore ouvert/MCP est analysé expérimentalement et numériquement / The objective of this thesis is to study and optimize the manufacturing process of metal foams and the thermal behavior of the aluminum foam/phase change material (PCM) composite by experimental and numerical methods. The manufacturing process of open-cell aluminum foam is developed and optimized to precisely control the parameters of mufacturing. Two pore-scale models of high porosity aluminum foams (HPAF)/PCM composite and low porosity aluminum foams (LPAF)/PCM composite are established for numerical simulation. By simulating the melting process of a layer energy storage system, the HPAF/PCM and LPAFS/PCM composite are compared numerically in order to evaluate the energy storage performance. The results show that aluminum foam improves greatly the heat transfer process in PCM due to its high thermal conductivity. The porosity of aluminum foams could not only influence the melting process of composite but also the energy storage performance. Thanks to the collaboration with EPF, a new manufacturing method of periodic open-cell aluminum foams is developed based on 3D rapid tooling. The thermal behavior of the periodic open-cell aluminum foams/PCM composite is experimentally and numerically analyzed

La sensibilité des réactions catalytiques à la filtration et le dépôt simultané de fines dans les réacteurs à lit ruisselant ont été évaluées au moyen de l'hydrogénation catalytique de l'a-méthylstyrène présent dans des suspensions diluées de kaolin dans du kérosène. Nous avons observé une corrélation négative entre la conversion catalytique et l'ampleur du dépôt spécifique au sein du lit engendrant une étape supplémentaire de transfert de masse au travers du dépôt en croissance sur les collecteurs. La sévérité de la résistance au transfert de masse est sensible à la compaction du dépôts autour des collecteurs qui est influencée par l'importance des vitesses superficielles de gaz. En outre, les pertes irréversibles observées concernant l'activité du catalyseur ont été attribuées, après avoir débarrassé le catalyseur de son dépôt, à une perte de sites actifs par le piégeage de fines dans les microporostiés du catalyseur. L'accumulation de fines dans le lit de catalyseur a été notablement réduite par l'adjonction en amont du lit de modules à base de mousses inorganiques (d'alumine ou de carbure de silicium) à haute porosité et faisant office de filtres de garde. Des études hydrodynamiques ont été réalisées avec et sans les blocs de mousse pour évaluer leur rôle sur la répartition de la suspension, la réduction du dépôt spécifique et la chute de pression dans le lit ruisselant. Il a été constaté que l'efficacité de capture par les blocs de mousse dépend de la connectivité et du degré d'ouverture des cellules dans les mousses ainsi que de la nature physico-chimique des matériaux constitutifs. Le nombre de modules de mousse a affecté la réduction des dépôts spécifiques et la chute de pression dans le lit. Ceci indique une possibilité de prolonger la durée de vie des réacteurs d'hydrotraitement à lit ruisselant à l'aide de lits de garde à base de mousse.

La forêt boréale canadienne est fragmentée par plusieurs centaines de milliers de kilomètres de routes. Ces routes sont souvent construites sur des tourbières, un type de milieu humide caractérisé par son accumulation de tourbe, ce qui peut avoir plusieurs impacts sur l'environnement, comme la perturbation de la circulation de l'eau, la perte locale de séquestration du carbone et l'enrichissement en nutriments du site adjacent à la perturbation. Une nouvelle approche de restauration a été testée sur une tourbière affectée par un chemin utilisé dans le cadre de l'extraction des sables bitumineux dans la région de Fort McMurray en Alberta. Cette nouvelle approche consiste en l'extraction partielle du substrat minéral formant la route, l'application de matériel végétal directement sur le substrat minéral résiduel exposé, et la création de canaux souterrains pour favoriser la circulation de l'eau au niveau de la nappe phréatique à travers la route. Le succès de la méthode de restauration a été évalué en fonction de quatre objectifs : 1) rétablir l'homogénéité de la nappe phréatique de part et d'autre de la route; 2) établir de conditions de surface favorables à des communautés végétales typiques des fens; 3) limiter l'impact de la route sur les conditions physico-chimiques de la tourbière entourant la route; et 4) favoriser le retour de communautés végétales typiques des tourbières de la région. Les résultats de cette étude démontrent que la technique de restauration employée permet une meilleure circulation de l'eau et des conditions de surface favorables aux espèces ciblées. Malgré ces améliorations, la route continue à exercer un léger effet de barrage dans les six premiers mètres de la tourbière adjacente. Un effet d'enrichissement en nutriments de la tourbière a été constaté jusqu'à une distance de 2 m d'éloignement de la route. Le succès du rétablissement des communautés végétales n'a pu être confirmé au cours de cette étude se déroulant les deux premières années post-restauration, comme la régénération de communautés ciblées peut prendre plus de trois années. Comme ce projet est l'un des premiers à tester le transfert de la couche muscinale directement sur substrat minéral d'une route, une expérience en serre a également été effectuée afin de déterminer quelles espèces de sphaignes et d'autres mousses sont les mieux adaptées à la colonisation du substrat minéral dans le nord de l'Alberta. Le taux de survie de sept espèces de bryophytes a été évalué sur une période de quatre mois en fonction de la présence ou l'absence d'ombrage. Toutefois, d'autres expériences en serre seront nécessaires pour corroborer ces résultats, et pour étudier un plus grand nombre d'espèces de mousses et ainsi déterminer quels taxons sont plus aptes à coloniser un substrat minéral. Bien que davantage de recherches soient nécessaires, les connaissances acquises lors de cette étude permettront à l'industrie, à des instances gouvernementales et d'autres organismes œuvrant dans les milieux humides à continuer de développer des techniques de restauration prometteuses sur substrat minéral en milieu humide et ainsi promouvoir un développement plus durable en réduisant leur empreinte écologique. / The Canadian boreal forest is fragmented by several hundreds of thousands of kilometers of roads. These roads are often built on peatland, a type of wetland characterized by its accumulation of peat. Roads can have several impacts on the environment, such as the nutrient enrichment of the nearby peatland and the disruption of the water flow. A new reclamation approach was tested on a bog disturbed by a road used for oil sands extraction in the Fort McMurray region, in Alberta. This new approach consists in the partial extraction of the road mineral substrate (in order to rewet the road), the application of the Moss Layer Transfer Technique directly on the residual mineral substrate, and the creation of channels to induce a better water flow at the water table level through the road. The success of the restoration technique is assessed on the basis of four objectives: 1) restoring the homogeneity of the water table on both sides of the road; 2) establishing surface conditions favorable to the target plant communities; 3) mitigating the impact of the road on the physicochemical conditions of the adjacent peatland; 4) restoring plant communities typical of the region's peatlands. The results of this study show that the restoration technique used makes it possible to induce better water flow and surface conditions favorable for the targeted species. However, despite these improvements, the road continues to have a dam effect on the water flow coming from the adjacent peatland. Additionally, an enrichment effect for several chemical elements and components up to a distance of 2 m from the road have been measured in the peatland. As this project is one of the first of its kind to apply the Moss Layer Transfer Technique directly on mineral substrate of a road, a greenhouse experiment was carried out to determine which Sphagnum and other moss species are best suited for the colonization of mineral substrate in northern Alberta. The survival of seven bryophyte species was assessed over a four-month period based on the presence or absence of shading. Further greenhouse experiments will be needed to corroborate these results, to study a greater number of moss species and thus determine which taxa are more apt to colonize a mineral substrate. Although more research is needed, the knowledge acquired during this study will allow industry, government and other organizations working in wetlands to continue to develop promising wetland restoration techniques on mineral substrate and thus promote a more sustainable development by reducing their ecological footprint.

La première réalisation de ce travail est la construction unifiée et automatique d’un milieu continu équivalent à un treillis de poutres, dans le domaine élastique, en adoptant un modèle de poutres de Bernoulli. Une extension a été réalisée au domaine plastique, selon un algorithme de suivi de la loi de comportement après écrouissage. Suivant l’ordre des développements asymptotiques choisi, on obtient pour le comportement élastique un milieu continu classique ou micropolaire. On se restreint dans ce dernier cas aux treillis à cellules élémentaires centro-symétriques. Les codes de calculs obtenus fournissent de façon automatique les lois de comportement effectives et les modules mécaniques homogénéisés. Une grande variété de treillis, existants ou originaux, a été étudiée. Les résultats ont été systématiquement comparés aux données de la littérature et vérifiés par des simulations éléments finis avec une bonne concordance. La méthode utilisée montre également une capacité à prédire et comprendre le comportement atypique de certains treillis dits auxétiques présentant des coefficients de contraction négatifs. L’homogénéisation dans le domaine plastique a été limitée aux treillis à dominante extensionnelle. Le domaine de résistance élastique a été construit pour différents treillis, et un algorithme d’évolution du comportement avec écrouissage, de type retour-radial a été conçu et implémenté dans un code dédié. Un modèle de poutre élastoplastique à écrouissage isotrope est utilisé. L’application de l’algorithme à une simulation de charge-décharge montre une bonne concordance entre le treillis homogénéisé et les simulations éléments finis / The first achievement of this work is to construct a unified and effective continuum equivalent to a lattice of beams, in the elastic domain, using a Bernoulli beam model. An extension has been done to calculate the elastic domain resistance of such lattices and to build an algorithm for monitoring the constitutive law taking into account work hardening. The choice of the asymptotic expansions leads to a classical continuous or to a micropolar elastic continuum. We restrict in this last case our study to lattices with centro-symmetric unit cells. The numerical codes developed provide the stress-strain relationship and the effective mechanical moduli. A wide variety of trusses has been studied, either existing or original, including typical geometries of foams and various auxetic lattices, exhibiting negative contraction coefficients. The results were systematically compared with data from literature and verified by finite element simulations with a good agreement. The homogenization in the plastic range has been limited to stretching dominated lattices. The equilibrium equations of the discrete asymptotic homogenization have been used to automatically obtain the elastic resistance domain for several trusses, and a return-mapping algorithm for the follow up of the stress-strain relationship including hardening has been conceived and implemented in a dedicated code. An isotropic hardening elastoplastic model of the beam has been used. The application of the algorithm to the simulation of a loading-unloading cycle shows a good agreement between the homogenized lattice and finite element simulations

Les mousses polymères appartiennent à la famille des mousses solides qui sont des matériaux polyvalents, largement utilisés dans un grand nombre d'applications telles que l'automobile, l'emballage, produits de sport, isolants thermiques et acoustiques ou l'ingénierie tissulaire. Composé de bulles d'air piégées dans un réseau continu solide, elles allient les propriétés du polymère avec ceux de la mousse pour créer un matériau intéressant et complexe. L'intégration d'une mousse dans un réseau de polymère permet non seulement d'utiliser la vaste gamme de propriétés intéressantes offertes par les polymères, mais permet aussi de profiter des propriétés avantageuses des mousse telles que la légèreté, la faible densité, la compressibilité et un rapport surface/volume grande surface élevé. En général, les propriétés des mousses polymères sont fortement liées à leur densité et leur structure (la taille des bulles, l’arrangement des bulles dans l’espace, la structure des cellules ouvertes ou fermées). Le contrôle des propriétés finales de ces mousses est donc régi par le contrôle de sa densité et sa structure.Nous avons développé une technique dans laquelle des mousses solides sont générées essentiellement suivant un processus à deux étapes dans lequel une mousse liquide suffisamment stable ayant des propriétés bien contrôlées est générée dans une première étape, puis solidifiée. Avec une telle approche, la production des mousses solides peut être divisé en un certain nombre de sous-tâches qui peuvent être contrôlées et optimisées séparément.Le passage de l'état liquide à l'état solide est essentiellement composé de trois étapes principales: la production de la mousse, le mélange des réactifs et la solidification de la mousse. Ce dernier nécessite l'optimisation de la stabilité de la mousse et des paramètres expérimentaux tels que le choix du temps de moussage et de solidification. En outre, une bonne homogénéité de la mousse polymère appelle à un bon mélange des différents réactifs impliqués dans la formulation de la mousse et de la polymérisation.Une illustration des avantages de cette approche est donnée par la solidification de mousses liquides monodisperses générées à l’aide de la technique millifluidique. Dans une telle mousse, des bulles de volume égal, s’auto-organisent sous l’effet de la gravité et du confinement pour former des structures cristallines. Ainsi, les mousses monodisperses permettent d’avoir un contrôle simultanément sur la taille et la distribution des bulles du matériau poreux final, ce qui donne lieu à une meilleure compréhension de la corrélation entre sa structure et ses propriétés. L’objectif de cette étude est donc d'explorer le nouveau spectre de propriétés, que des mousses polymère offrent lorsque l’on y introduit une structure ordonnée et de démontrer la faisabilité de cette approche à deux étapes pour différentes classes de polymères (hydrogel, polymère super-absorbant et polyuréthane).La génération de ces mousses polymères structurées a été réalisée à l’aide d’un laboratoire sur puce qui permet le rétrécissement des dispositifs expérimentaux à l'échelle micro / millimétrique. Il permet également l’injection et le mélange divers ingrédients liquides et gazeux de la mousse. / Polymer foams belong to the solid foams family which are versatile materials, extensively used for a large number of applications such as automotive, packaging, sport products, thermal and acoustic insulators, tissue engineering or liquid absorbents. Composed of air bubbles entrapped in a continuous solid network, they combine the properties of the polymer with those of the foam to create an intriguing and complex material. Incorporating a foam into a polymer network not only allows one to use the wide range of interesting properties that the polymer offers, but also permits to profit from the advantageous properties of foam including lightness, low density, compressibility and high surface-to-volume ratio. Generally, the properties of polymer foams are strongly related to their density and their structure (bubble size and size distribution, bubble arrangement, open vs closed cells). Having a good control over foam properties is thus achieved by first controlling its density and structure.We developed a technique in which solid foams are generated essentially in a two-step process: a sufficiently stable liquid foam with well-controlled structural properties is generated in a first step, and then solidified in a second one. With such a two-step approach, the generation of solid foams can be divided into a number of well-separated sub-tasks which can be controlled and optimised separately. The transition from liquid to solid state is a sensitive issue of a great importance and therefore needs to be controlled with sufficient accuracy. It is essentially composed of three key steps: foam generation, mixing of reactants and foam solidification and requires the optimisation of foam stability in conjunction with an appropriate choice of both foaming time and solidification time. Furthermore, a good homogeneity of the polymer foam calls for a good mixing of the different reactants involved in the foaming and the polymerisation.A particularly powerful demonstration of the advantages of this approach is given by solidifying monodisperse liquid foams generated using millifluidic technique, in which all bubbles have the same size. In a liquid foam, equal-volume bubbles self-order into periodic, close-packed structures under gravity or confinement. As such, monodisperse foams provide simultaneous control over the size and the organisation of the pores in the final solid with an accuracy which is expected to give rise to a better understanding of the structure-property relationship of porous solids and to the development of new porous materials.We therefore aim to explore the new spectrum of properties, which polymer foams offer when we introduce an ordered structure into them since the most widely used polymer foams nowadays have disordered structures. The goal of our study is to demonstrate the feasibility of this two-step approach for different classes of polymers, including biomolecular hydrogel, superabsorbent polymer and polyurethane.For the generation of the structured polymer foams we use Lab-on-a-Chip technologies which allow the “shrinking” of large-scale set-ups to micro/millimetic scale. It permits also to perform “flow chemistry” in which the various liquid and gaseous ingredients of the foam are injected and mixed in a purpose-designed network of the micro- and millifluidic Lab-on-a-Chip. We adjust this approach according to the requirements of each polymer system, i.e. the foaming and the mixing techniques are chosen to fit the properties of each system, and can be exchanged to fit the properties of the studied systems.