L’objectif de cette thèse est de caractériser les comportements mécanique et hydromécanique des bétons, et de développer une modélisation hydromécanique couplée pour les bétons sous une large gamme de confinement en conditions saturées et partiellement saturées. Une campagne expérimentale est tout d’abord réalisée afin de bien étudier le comportement mécanique et hydromécanique du matériau. Un accent particulier est mis sur l’évolution de la perméabilité au cours du chargement mécanique. Afin d’assurer l’intégrité de ces structures et d’éviter les chemins privilégiés pour le transfert de fluides, une autre série d’essais ont été réalise afin de bien étudier le comportement mécanique et hydromécanique de la fracture dans le béton. En se basant sur les données expérimentales obtenues et des travaux de recherche menés sur le béton sous pression de confinement faible et élevée, un modèle élastoplastique couplé à l’endommagement est proposé. Ce modèle est capable de décrire le principal comportement mécanique des bétons sous une très large gamme de pression de confinement : les différents mécanismes plastiques développés, la dissymétrie d’endommagement en compression et en traction, et l’évolution de la perméabilité au cours du chargement mécanique, etc.…. Le modèle a été étendu au couplage poromécanique en milieux poreux partiellement saturés en utilisant le concept de Barcelone. Enfin, un modèle poromécanique est proposé afin de décrire le comportement des fractures en conditions saturées. Les résultats numériques sont en accord avec les données expérimentales. / The objective of this thesis is to characterize the mechanical and hydromechanical behavior of concrete and to develop a coupled hydromechanical model for concrete submitted a wide range of confining pressure under the saturated and partially saturated conditions.First of all, an experimental study was carried out in order to research the mechanical and hydromechanical behaviors of the material. Particular emphasis is placed on the evolution of permeability during mechanical loading. To ensure the integrity of concrete structures and avoid the privileged paths for fluid transfer, another series of tests were carried out in order to study the mechanical and hydromechanical behavior of fracture in concrete. Based on the obtained experimental data and the others research results of the concrete behavior under a large range of confining pressure, an elastoplastical model coupled with damage is proposed. This model is able to describe the main mechanical behavior of concrete under a wide range of confining pressure: the different mechanisms of developed plastics, the asymmetry of damage in compression and in tension, and the evolution of permeability during mechanical loading. .... The model was extended to the poromechanical coupling for the porous media partially saturated by using the concept of Barcelona. Finally, a poromechanical model is proposed to describe the behavior of fractures in saturated conditions. The numerical results manifested a good agreement with experimental data.

Ce travail, commencé dans un laboratoire de Mécanique des sols et poursuivi à l ' Institut de Géologie de Grenoble, porte sur l 'étude de la naissance des surfaces de discontinuité dans les matériaux cohérents . Nous nous sommes intéressé uniquement aux discontinuités qui apparaissent sous l'action d'un système de contraintes, en laissant de côté le problème des discontinuités synsédimentaires , comme la stratification , sur lequel peu de travaux synthétiques ont d'ailleurs été entrepris à ce jour. Nous avons également choisi de rester dans le domaine des discontinuités macroscopiques, domaine vaste cependant puisqu'il s'étend des fissures juste visibles à l'oeil nu dans une éprouvette ou sur le terrain jusqu 'aux grandes failles qui intéressent tout un massif rocheux .

Il est couramment admis que la déformation plastique des phases MAX est dueau glissement de dislocations dans les plans de base s'organisant en empilements et murs. Cesderniers peuvent former des zones de désorientation locale appelées kink bands. Cependant, lesmécanismes élémentaires et le rôle exact des défauts microstructuraux sont encore mal connus. Cemanuscrit présente une étude expérimentale multi-échelle des mécanismes de déformation de laphase MAX Ti2AlN. A l'échelle macroscopique, deux types d'expériences ont été menés. Des essaisde compression in-situ à température et pression ambiantes couplés à la diffraction neutroniqueont permis de mieux comprendre le comportement des différentes familles de grains dans le Ti2AlNpolycristallin. Des essais de compression sous pression de confinement ont également été réalisés dela température ambiante jusqu'à 900 °C. À l'échelle mésoscopique, les microstructures des surfacesdéformées ont été observées par MEB et AFM. Ces observations complétées par des essais denanoindentation ont montré que la forme des grains et leur orientation par rapport à la directionde sollicitation gouvernent l'apparition de déformations intra- et inter-granulaires ainsi que lalocalisation de la plasticité. Finalement à l'échelle microscopique, une étude détaillée par METdes échantillons déformés sous pression de confinement a révélé la présence de configurations dedislocations inédites dans les phases MAX, telles que des réactions entre dislocations, des dipôleset des dislocations hors plan de base. À la vue de ces résultats nouveaux, les propriétés mécaniquesdes phases MAX sont rediscutées. / It is commonly believed that plastic deformation mechanisms of MAX phases consistin basal dislocation glide, thus forming pile-ups and walls. The latter can form local disorientationareas, known as kink bands. Nevertheless, the elementary mechanisms and the exact role ofmicrostructural defects are not fully understood yet. This thesis report presents a multi-scale experimentalstudy of deformation mechanisms of the Ti2AlN MAX phase. At the macroscopic scale,two kinds of experiments were performed. In-situ compression tests at room temperature coupledwith neutron diffraction brought new insight into the deformation behavior of the different grainfamilies in the polycrystalline Ti2AlN. Compression tests from the room temperature to 900 °Cunder confining pressure were also performed. At the mesoscopic scale, deformed surface microstructureswere observed by SEM and AFM. These observations associated with nanoindentationtests showed that grain shape and orientation relative to the stress direction control formationof intra- and inter- granular strains and plasticity localization. Finally, at the microscopic scale,a detailed dislocation study of samples deformed under confining pressure revealed the presenceof dislocation configurations never observed before in MAX phases, such as dislocation reactions,dislocation dipoles and out-of-basal plane dislocations. In the light of these new results, mechanicalproperties of MAX phases are discussed.

La recherche présentée dans cette thèse vise à examiner le mécanisme d’écaillage des bétons exposés au feu et comprendre l’influence du chargement mécanique appliqué en compression durant le chauffage. Des cubes (200 x 200 x 200 mm3) et des dalles (800 x 800 x 100 mm3) de béton fabriqués avec des ciments CEM II et CEM III (B40-II et B40-III: fc28days ≈ 40 MPa) ont été exposés à un feu ISO 834-1 sous différents niveaux de chargement uniaxial (cubes) et biaxial (dalles). En outre, l'effet du chargement mécanique (pression de confinement et charge uniaxiale) sur la perméabilité résiduelle au gaz a été étudié. Afin de mieux analyser les résultats expérimentaux et comprendre les mécanismes à l’origine de l'écaillage, des calculs numériques ont été réalisés en utilisant un modèle thermo-mécanique du code aux éléments finis CAST3M. Les résultats expérimentaux ont clairement montré que les éprouvettes chargées (uniaxial et biaxial) présentent un risque d’écaillage plus important que les éprouvettes non chargées. L’écaillage augmente avec le niveau de contrainte appliquée. Une partie des essais mais pas tous, ont montré que le B40-II (3% de laitier) présente un écaillage plus important que celui du béton B40-III (43% de laitiers).À partir de cette étude sur deux bétons ordinaires, il peut être mis en évidence qu'un certain niveau de contrainte de compression externe (uniaxiale ou biaxiale) est nécessaire pour induire l'écaillage du béton ordinaire. Les pressions des pores se combine avec les contraintes thermiques dûes aux gradients thermiques. Les contraintes de compression appliquées empêchent la création de certaines fissures générées par l'incompatibilité des déformations thermiques de la pâte de ciment et des granulats et des gradients thermiques. Pour l'échantillon non chargé, la création de fissures augmente la perméabilité et empêche naturellement le développement des pressions de pores.Pendant un feu réel, les membres structurels en béton sont toujours chargés ou retenus. La présence d'un chargement compressif pendant le chauffage augmente considérablement le stress de compression (diminue le stress de traction) et la grandeur de la pression des pores, ce qui augmente le risque d'écaillage. Ensuite, le stress compressif appliqué est un facteur clé très important que la conception de la résistance au feu des structures en béton devrait prendre en compte lors de l'écaillage. Par conséquent, il est recommandé que les essais d'écaillage ne soient pas effectués uniquement sur des échantillons non chargés. / The research presented in this thesis seeks to examine and understand the mechanism of fire spalling role played by the external compressive loading during heating. Concrete cube (200 x 200 x 200 mm3) and slab (800 x 800 x 100 mm3) specimens made with CEM II and CEM III cements (B40-II and B40-III: fc28days ≈ 40 MPa) were exposed to ISO 834-1 fire curve under different levels of external uniaxial (for cube) and biaxial (for slab) compressive stress. Additionally, the effect of external compressive loading (confining pressure and uniaxial load) on the residual gas permeability of concretes have been investigated. In order to better analyse the experimental results and to provide more insight into the mechanism behind the fire spalling behaviour of concrete, numerical computations were carried out by using the existing thermo-mechanical model implemented in a finite element code CAST3M. The experimental results have clearly shown that the loaded specimens (uniaxial and biaxial) are more prone to spalling than unloaded specimens, with increasing amounts of spalling for higher values of applied compressive stress. Part of the tests, but not all have shown that B40-II (3% of slag) exhibited higher spalling than the B40-III (43% of slag).From this study on two ordinary concretes, it highlights that a certain level of external compressive stress (uniaxial or biaxial) was necessary to induce spalling. A possibility is that the applied compressive stress prevents the creation of cracks naturally due to thermal mismatch between cement paste and aggregates and thermal gradients. For unloaded specimen, the creation of cracks increases the permeability and naturally prevents the pore pressure to exceed a value that favours spalling.During a real fire, concrete structural members are always loaded or restrained. The presence of compressive loading during heating significantly increases the compressive stress (decreases the tensile stress) and the magnitude of pore pressure, which increase the risk of fire spalling. Then, the applied compressive stress is a very important key factor that the fire resistance design of concrete structures should take into account when considering spalling. Hence, it is recommended that the fire spalling test should not be carried out only on unloaded specimens, especially for the ordinary concrete.