Cette thèse porte sur le frottement et le blocage des écoulements de grains secs. Notre étude rhéologique porte sur des matériaux modèles dans des géométries de cisaillement simple, annulaire et de plan incliné, et combine expériences et des simulations numériques discrètes. Nous montrons que l'état de cisaillement d'un matériau granulaire est entièrement déterminé par la connaissance du nombre inertiel sans dimension I, traduisant le rapport des forces d'inertie sur les forces de confinement. Les faibles I correspondent au régime quasi statique et les grands I au régime dynamique. La loi de comportement se déduit alors de la variation de la compacité et du frottement effectif avec ce nombre. En cisaillement à vitesse imposée, nous observons une transition progressive entre les régimes quasi statique et dynamique. Dans ce régime intermédiaire, la loi de comportement est indépendante des caractéristiques mécaniques du matériau (faiblement ou fortement dissipatif) et reste qualitativement identique dans les diverses géométries. On observe une localisation du cisaillement dans le cas où la distribution de contrainte est hétérogène, et des intermittences de l'écoulement dans la limite quasi statique. En cisaillement à force imposée, nous montrons que la transition fluide solide (blocage) est brutale, hystérétique et présente de fortes analogies avec celle observée pour des fluides thixotropes (pâtes, mousses, etc.). Les expériences, tant en cisaillement annulaire que sur plan incliné, montrent qu'il existe une plage de taux de cisaillement qui ne peut être atteinte de façon stable (bifurcation de viscosité). Ces différentes observations nous ont conduit à mesurer par simulation l'évolution de la structure du réseau de contacts lors de l'arrêt, et à modéliser l'hysteresis de seuil et la bifurcation de viscosité en tenant compte de la force de piégeage induite par la rugosité. Nos observations montrent aussi l'intérêt de modèle de rhéologie non locale dans la descritpion du phénomène de blocage.

Nous nous intéressons à l'analyse mathématique et aux simulations numériques d'un modèle de fluides non newtoniens. Nous couplons le modèle d'Hébraud et Lequeux décrivant l'écoulement de Couette, plan de suspensions concentrés à l'échelle mésoscopique avec l'équation de conservation de la quantité de mouvement. Outre le couplage multi-échelle, la difficulté principale de ce modèle vient du fait que l'équation mésoscopique est une équation parabolique de type Fokker-Planck non linéaire qui peut dégénérer en une équation hyperbolique. Le but de cette thèse est d'étudier des deux points de vue théorique et numérique le modèle obtenu. Ainsi, dans la première partie, nous démontrons les théorèmes d'existence et d'unicité de solutions dans des espaces fonctionnels appropriés, et dans la seconde partie, nous développons des schémas numériques pour approcher les solutions du problème. Deux méthodes (déterministe et stochastique) ont été implémentées. Des tests de réduction de variance relatifs à la méthode stochastique ont été réalisés. Finalement, le problème de calibrage des paramètres par la méthode de l'adjoint a été abordé.

Ce mémoire concerne l'élaboration de lois constitutives viscoélastiques en rhéologie des solides qui sont consistantes sur le plan thermodynamique. On utilise la stratégie DNLR (Distribution of Non-Linear Relaxation) basée sur la Thermodynamique des Processus Irréversibles à variables internes. La première partie s'intéresse à la relaxation viscoélastique. La théorie des fluctuations et le concept d'équipartition de l'entropie produite régissent l'écriture du spectre de relaxation DNLR. L'irréversibilité est décrite par un schéma auto-similaire dont les propriétés récursives permettent de faire le lien entre l'approche DNLR et les modèles rhéologiques à dérivées non entières. La seconde partie analyse les différents termes associés aux couplages thermomécaniques et développe une modélisation des transferts thermiques dans une éprouvette soumise à des sollicitations mécaniques. Une simulation par éléments finis permet de valider le calcul analytique 1D. Enfin après avoir décrit le protocole expérimental mis en place (basé sur la combinaison d'un système de mesure non intrusif de déformation [vidéo-traction] et de température [mono-détecteur infrarouge]), la dernière partie propose une première validation du modèle à partir de données expérimentales obtenues sur une nuance d'acier S355 soumis à des essais mécaniques cycliques. Cette étude a surtout valeur d'exemple pour une stratégie de caractérisation cohérente d'un matériau sur le plan thermomécanique

Ce travail porte sur l'tude de l'coulement d'une phase lamellaire lyotrope et plus particulirement d'une transition de texture induite par le cisaillement. Au voisinage de cette transition, des comportements dynamiques sont observs : une contrainte fixe, la structure du fluide ainsi que le taux de cisaillement oscillent en phase sur des priodes de temps extrmement longues (environ 10 minutes). Ces comportements temporels appels "rhochaos" ont t analyss l'aide de la thorie des systmes dynamiques. Cette tude montre que les phnomnes observs ne correspondent pas du chaos dterministe de basse dimensionnalit. Ce rsultat est ensuite confirm par l'tude locale de l'coulement au voisinage de la transition l'aide d'une technique de vlocimtrie locale : la diffusion dynamique de la lumire en gomtrie htrodyne. Nous montrons alors que les dynamiques temporelles du taux de cisaillement rsultent d'une structuration spatio-temporelle de l'coulement.

Les soft-glassy systems constituent une classe de matériaux présentant de nombreuses caractéristiques mécaniques communes, liées à la présence d'un désordre structurel totalement ou partiellement figé. Ces matériaux regroupent entre autres les suspensions colloïdales et les émulsions concentrées, les polymères vitreux, les mousses et les matériaux granulaires. La réponse mécanique de ces matériaux amorphes dépend a priori fortement de leur état structurel particulier. La première partie du manuscrit traite précisément, dans le cas d'une mousse 2D, du couplage entre structure statique et plasticité sous déformation. La réalisation d'une simulation numérique réaliste nous permet alors de distinguer deux tendances principales : aux petites déformations, les réarrangements de bulles engendrent une relaxation de la structure (élargissement du domaine élastique). Aux fortes déformations, la plasticité permet la relaxation de la contrainte imposée ; les réarrangements se localisent alors sur une mince région dont l'épaisseur typique est la taille d'une bulle. Cette étude nous conduit à proposer un scenario pour l'apparition de la bande de cisaillement. La seconde partie s'intéresse à la microplasticité des empilements granulaires. Par de faibles vibrations, nous induisons des micro-déplacements de grains que nous détectons par une technique de diffusion multiple de la lumière. La dynamique sondée présente de forts effets de mémoire et s'avère indépendante de la densité de l'empilement. Une interprétation en terme d'évolution lente du réseau de forces permet de rendre compte de l'ensemble de nos observations.

La filature par voie électrostatique consiste à dissoudre un polymère dans un solvant, puis soumettre cette solution à un champ électrostatique intense. Différents paramètres influencent l'obtention, la production et la régularité des nanofilaments obtenus. Parmi ces paramètres, il y a des paramètres physiques inhérents à la cabine de filage, des paramètres électriques et des paramètres liés à la solution. Pour obtenir des nanofilaments, la première étape est de déterminer le ou les meilleurs couples polymère-solvant ainsi que les conditions expérimentales optimales pour obtenir à la fois des produits homogènes et reproductibles. L'obtention de nanofilaments de caractéristiques mécaniques et de structures données est complexe et dépend à la fois de paramètres de filage, mais aussi des propriétés de la solution. Une des propriétés les plus importantes de la solution est sa viscosité. Il a donc été nécessaire d'étudier, pour différents couples solvant-polymère (PA, PAN, PLA, PHEA) leur comportement rhéologique. Ces études rhéologiques ont permises d'expliquer les morphologies des matériaux obtenus par la conformation macromoléculaire de la solution. Les non-tissés de nanofibres obtenus ont été caractérisés par Microscopie à Forces Atomiques (AFM), Microscopie Electronique à Transmission (MET) et à Balayage (MEE) pour les aspects morphologiques. D'autres caractérisations, thermique (DSC), spectroscopique (FTIR) et mécaniques (traction et indentation) ont complété la caractérisation de ces matériaux. A l'issue de l'étude précédente, les nanofibres ont été employées dans deux applications. (1) L'incorporation et la compatibilisation de nanorenforts à l'intérieur d'une matrice polymère (Polyacrylonitrile). L'influence sur les propriétés géométriques des nanofibres de façon globale, et plus finement, la morphologie de surface, ont été observées par une analyse AFM de nano-rugosité. (2) La réalisation à partir d'un biopolymère d'un guide tubulaire permettant la croissance cellulaire et la reconnexion de nerfs sectionnés. Il a fallu pour cela remplir un cahier des charges rigoureux en termes de dimensionnement, de structure, et de propriétés mécaniques.

Cette thèse de doctorat spécialité " Chimie et Sciences des Matériaux " s'inscrit dans le pôle de compétitivité Chimie-Environnement Axelera, ainsi que dans le sous-programme de R&D Sepbatt SP.4.2. Duramat. Son objectif est d'élaborer la mise en place d'un protocole de fabrication par extrusion d'une membrane poreuse pour supercapacité. Cette membrane très fine joue un rôle très important dans le générateur électrochimique. Elle permet en effet, grâce à sa porosité, la circulation des ions entre les deux électrodes tout en évitant les courts-circuits, mais assure aussi les bonnes propriétés mécaniques du dispositif final. La volonté du fabricant de ces supercapacités est d'étudier la possibilité d'utiliser un nouveau moyen de fabrication de membranes séparatrices par le biais de mélanges de polymères fluorés / poly(oxyéthylène) et de la technique d'extrusion. L'incompatibilité des différents composants utilisés conduit à des mélanges hétérogènes révélant des structures multiphasiques présentant différentes morphologies. Il est alors important de caractériser et d'étudier l'évolution de ces morphologies et plus spécifiquement la morphologie co-continue. Différentes études ont ainsi été réalisées pour caractériser cette évolution. Les diagrammes de continuité des systèmes ont été déterminés grâce à la technique d'extraction sélective et confirmés par microscopie électronique à balayage alors qu'une étude rhéologique a permis de mettre en place une relation entre la morphologie et le comportement en fondu des différents systèmes utilisés. Le projet est ensuite finalisé grâce aux caractérisations physico-chimiques des membranes poreuses extrudées

Nous avons proposé une modélisation thermomécanique de la coulée continue d'acier en trois dimensions. Notre approche permet d'obtenir la solution thermomécanique stationnaire du procédé, sur toute la machine. Il est alors possible de déduire l'histoire thermique et mécanique du produit en visualisant les cartes de contraintes ou de température. Un des résultats attendus de notre étude concerne les déflections entre les rouleaux qui traduisent le gonflement, à l'origine des ségrégations. Nous avons basé notre étude sur la stratégie globale instationnaire, en adoptant une approche purement lagrangienne. Nous simulons l'apport continuel de matière, grâce à l'introduction d'un outil d'injection situé sur la face supérieure du domaine. La face inférieure du domaine admet la cinématique de l'outil de guidage du procédé. Ainsi, le maillage augmente constamment selon un chemin délimité par les rouleaux. L'évolution du maillage -création de nouveaux noeuds- est gérée de manière locale par une technique de recollement de maillages. D'un point de vue modélisation, nous résolvons les équations instationnaires de conservation de l'énergie, de la matière et de la quantité de mouvement. Le problème mécanique est abordé selon une approche de type milieu monophasé équivalent; nous négligeons les phénomènes de convection naturelle et de macroségrégation, mais les phénomènes de dilatation thermique et de retrait à la solidification sont pris en compte. La zone solide est supposée obéir à un comportement élasto-viscoplastique, dont la rhéologie est donnée par les lois de la littérature. Les zones pâteuse et liquide sont supposées obéir respectivement à un comportement viscoplastique et newtonien. Nous avons validé, avec succès, notre approche sur plusieurs cas et nous l'avons appliqué à deux machine de coulée industrielles.

Les constructeurs de structures polymères doivent leur assurer la tenue que leur utilisation impose (résistance au choc). De façon à remplacer les tests "vraie matière / vraie grandeur" coûteux et laborieux, il est courant d'utiliser des codes de simulation numériques, qui requièrent toutefois l'utilisation de lois de comportement fiables. Le premier chapitre, consacré à l'établissement d'un bilan des lois de comportement les plus aptes à reproduire le comportement global des polymères solides, est suivi d'une étude des méthodes classiquement employées pour dépouiller les essais rhéologiques. Trois polymères différents (un polyéthylène semi-cristallin, un polycarbonate amorphe et un polypropylène copolymère) sont testés afin d'établir une certaine typologie de leurs réponses. Il en ressort que les hypothèses inhérentes aux méthodes de dépouillement analytiques ne sont valables que dans un domaine restreint de sollicitations (basses vitesses, sollicitations uniaxiales...). La méthode d'identification par analyse inverse envisagée dans le chapitre III permet d'éviter la formulation d'hypothèses trop fortes. Elle repose sur l'utilisation d'un logiciel de simulation thermomécanique par éléménts finis des essais rhéologiques, auquel est couplé un module d'optimisation (basé sur la méthode itérative de Gauss-Newton). Les paramètres sont obtenus en minimisant l'écart entre le calcul et l'expérience (fonction "coût"). Après une validation numérique (chapitre IV) de l'algorithme de minimisation utilisé (convergence et stabilité), la technique décrite est finalement appliquée avec succès à chacun des polymères étudiés (chapitre V), dans le cas d'essais de traction "moyennes vitesses". L'écart entre les observables expérimentales et simulées diminue sensiblement par rapport aux méthodes de dépouillement classiques. L'emploi d'une fonction coût mixte (force + diamètre) permet en outre d'identifier simultanément la rhéologie en traction d'un polypropylène et le coefficient tribologique caractérisant le glissement des éprouvettes dans les mors. Le logiciel met également en évidence les limites de la loi de comportement utilisée en traction, dans le cas d'essais multiaxiaux. Moyennant une modification de la loi, l'analyse inverse rend possible l'identification du comportement au choc du polymère à partir d'essais de poids tombant instrumenté. La possibilité d'extrapoler le comportement à d'autres conditions opératoires fait de ce logiciel un outil prédictif.

Devant la complexité croissante des pratiques chirurgicales et les préoccupations éthiques et médico-légales, les simulateurs chirurgicaux ont su montrer a priori leur utilité. Mais pour être vraiment efficaces, ils doivent être précis. Nous nous sommes intéressés dans le cadre de cette thèse, menée en étroite collaboration avec le service de gynécologie obstétrique de l'hôpital L'archet II de Nice, au développement d'un logiciel de simulation d'opérations chirurgicales réaliste. Basé sur la méthode des éléments finis, il prend en compte des lois de comportement hyperélastiques, supposées être parmi les mieux adaptées pour décrire le comportement mécanique des tissus mous. Après avoir mis en évidence des instabilités numériques de notre code éléments finis du fait de l'utilisation de ces lois, nous nous sommes intéressés à un modèle visco-hyperélastique. Ne cherchant pas en première approximation à rendre compte du comportement visqueux des organes, la part visqueuse de la loi de comportement a été déterminée de façon à être suffisamment faible pour ne pas modifier le comportement global des tissus mais suffisamment grande pour éliminer les instabilités. Une méthodologie d'identification par analyse inverse qui a nécessité, outre la mise au point de notre code éléments finis, le développement d'essais mécaniques appropriés, a été appliquée à l'identification des paramètres rhéologiques d'un corps utérin et d'une trompe de Fallope. De façon à identifier le comportement des organes au plus près de qu'il est in vivo, les essais expérimentaux ont été réalisés juste après leur ablation, dans une salle contiguë au bloc opératoire. Le développement d'un module de découpe, basé sur la méthode du "kill-element" nous a par ailleurs permis de simuler une suite d'opérations chirurgicales élémentaires allant de la stabilisation des organes, à l'aide de pinces chirurgicales, à leur découpe à l'aide de ciseaux chirurgicaux, pour lesquels nous avons observé de bons résultats qualitatifs.