Chaque année en France, on dénombre environ 2000 cas de lésions de la région abdominale lors d'accidents de la route. Ces lésions sont très souvent sévères, mortelles dans 20% des cas, et nécessitent un traitement médical délicat, long et coûteux car il fait appel à la chirurgie dans un cas sur deux. Parmi ces lésions, celles du foie font partie des plus fréquentes mais aussi des plus graves à cause de leur risque hémorragique et sceptique élevé. Une voie d'amélioration de leur prévention passe alors par la conception de systèmes de protection plus efficaces basée sur une connaissance détaillée du comportement de ces structures et des mécanismes lésionnels mis en jeu lors d'un choc. L'objectif de ce travail a donc été de construire un outil numérique de prédiction des lésions hépatiques en situation d'impact. Pour cela, nous avons tout d'abord réalisé une étude expérimentale de compression uniaxiale de foies humains à différentes vitesses pour observer le comportement visco-hyperélastique du foie et comprendre ses modes de rupture tant à l'échelle globale qu'à l'échelle cellulaire. Ensuite, nous avons fixé un cadre théorique adapté à la fois au comportement observé et à la description de l'endommagement et de la rupture. Enfin, nous avons construit un modèle éléments finis intégrant une description fine des sous-structures du foie (parenchyme, capsule et arbres vasculaires), les comportements théoriques déduits de la phase expérimentale, la rupture des différents tissus et la présence de fluide dans les structures vasculaires. / Every year in France, about 2000 cases of abdominal injuries are due to car crashes. These injuries are often severe and 20% of them are lethal. They require long and expensive treatments because half of cases needs surgery. Among abdominal organs, liver is one of the most frequently and severely injured: haemorrhage and infectious risks are real. To improve hepatic injuries prevention, the definition of efficient safety devices should be based on a comprehensive knowledge of these structures behaviour and liver injury mechanisms. Thus the aim of this thesis was to build a predictive tool for hepatic injuries in crash situation. To achieve this point, we performed experimental uniaxial compressions of human livers with various loading speeds. We then observed the visco-hyperelastic behaviour of the liver and its failure modes at the global scale and also at the cells scale. After that, we chose a theoretical framework which was adapted both to the observed behaviour and to the damage and rupture description. We finally built a finite element model which integrate a precise description of liver structures (parenchyma, capsule and vascular trees), the theoretical behaviours deduced from the experimental phase, the failure of the different tissues and the fluid action within the vascular structures. After the model calibration and validation with experimental observations, this FEM makes up the wanted predictive tool for hepatic injuries. This tool can be used both with slow and rapid loading speeds.

Les géomatériaux sont présents dans la nature sous des formes très diverses : sols et rochesin situ solides, argiles ductiles, boues quasiment liquides, etc... La géomécanique s’intéresseà la compréhension du comportement solide des géomatériaux. Cependant, il arrive que sousl’effet de conditions extérieures particulières, des terrains initialement solides se transformenten fluides : c’est ce qui se produit par exemple lors de coulées de boues ou de débris. Dans untel contexte, il existe peu d’outils numériques capables de modéliser les différentes phases ducomportement. Il semble de plus, qu’il n’existe pas à ce jour de modèle constitutif satisfaisantpour décrire une telle transition.Nos travaux s’intéressent de manière générale à la transition solide-fluide dans le comportementdes géomatériaux, et à l’élaboration d’un modèle constitutif décrivant la phase solide, laphase fluide, ainsi que la transition entre les deux. Nous avons choisi dans ce cadre de menerles calculs en nous basant sur la méthode MEFPIL (Méthode aux Éléments Finis avec desPoints d’Intégration Lagrangiens) qui a déjà montré de fortes potentialités pour décrire descomportements très variés (dont des comportements à variables d’histoire), dans un mêmemodèle.Après avoir implanté et validé la première loi élasto-plastique dans Ellipsis (code basé sur laMEFPIL), nous avons pu introduire dans ce code le modèle de transition. Celui-ci se base surl’évolution du comportement solide élasto-plastique vers un comportement fluide, visqueux àseuil, et ce, au moment de la rupture matérielle détectée par le critère du travail du secondordre.Après quelques applications du modèle de transition solide-fluide sur des cas simples et homogènes(en considérant la loi élasto-plastique Plasol et loi visqueuse de Bingham), nous avonsappliqué ce modèle à la modélisation des coulées de boue de Sarno et Quindici (Italie, 1998).Les premiers modèles montrent la possibilité de décrire les trois phases de ce mouvement deterrain (l’initiation, la propagation et l’immobilisation), et nous avons pu étudier l’effet dedifférents paramètres sur l’arrêt contre un ouvrage de protection. / Geomaterials are present in nature in many forms : solid soil or rock, soft clay, almost liquidmud, etc... Geomechanics deals with the understanding the solid behavior of geomaterials.However, solid ground can happen, under specific external conditions, to turn into fluid : asfor example during mudflows or debris flows. In such a context, there are few numerical toolsable of modeling the different phases of the behavior. Furthermore, it seems that there is,nowadays, no satisfactory constitutive model to describe such a transition.Our work concerns, in a general way, solid-fluid transition in geomaterials behavior and thedevelopment of a constitutive model describing both the solid phase, fluid phase, and thetransition between the two. In this framework, we chose to carry out calculations with theFEMLIP numerical method (Finite Element Method with Lagrangians Integration Points)which has shown a strong potential to describe a wide variety of behaviors (including historydependant behavior), in a unique model.Having implemented and validated the first elasto-plastic law in Ellipsis (FEMLIP basedcode), we have introduced in this code the solid-fluid transition model. This last is based onthe evolution, at the failure state detected by the second order work criterion, of the solidelasto-plastic behavior towards a viscous fluid behavior, exhibiting a yield stress.After validation of the solid-fluid transition model in homogeneous cases (considering Plasolelasto-plastic law and Bingham viscous one), we applied this model to the modeling of Sarnoand Quindici mudflows (Italy, 1998). The first models shows the possibility to describe thethree phases of the flow (initiation, propagation and immobilization), and we could study theeffect of various parameters on the stop against a protection work.

Dans le cadre d’une Cifre avec Airbus Helicopters, le projet a pour but le développement d’un modèle pour le pré-dimensionnement de pièces lamifiées élastomère-métal dont le rôle est critique en termes de conception et de sécurité pour les architectures de rotors d’hélicoptères. Pour cela, un premier volet de la thèse a consisté à caractériser le comportement élasto-dissipatif du matériau d’étude (un butadiène chargé de noir de carbone) via une campagne d’essais statiques et dynamiques, sous différents modes de sollicitations (uniaxiales et biaxiales) et sur un spectre assez large de fréquences, d’amplitudes et de températures. A partir de ces observations, un modèle phénoménologique de comportement hyper-viscoélastique est proposé. Sur la base d’un modèle de Maxwell généralisé, il permet de traduire les phénomènes observés sur la gamme de sollicitations visées. Un accent particulier a été porté sur la prise en compte de l’effet Payne en adoptant une approche originale. Les paramètres du modèle sont identifiés par une méthode robuste et rapide. Le modèle est ensuite développé à la fois dans un code commercial de calcul par éléments finis et dans un outil de calcul basé sur une méthode de réduction de modèles. Enfin, une étude du comportement en fatigue est réalisée à travers une campagne d’essais originaux servant de point de départ à la proposition d’une loi d’endommagement continu. / In association with Airbus Helicopters, the aim of the project is to develop a model to pre-size elastomer-metal laminated devices whose role is critical in terms of design and safety for helicopters rotor architectures. To do so, the first part of this thesis consisted in characterizing the elasto-dissipatice behavior of the studied material (a carbon black filled butadiene rubber) thanks to static and dynamic tests, with several kind of loading (uni-axial and bi-axial) and over a wide range of frequences, amplitudes and temperatures. From these observations, a phenomenological hyper-viscoelastic model is proposed. Based on a generalized Maxwell model, it is able to describe the phenomena over the loading range of concern. A particular focus is made to take in account the Payne effect thanks to an original approach. The model parameters are identified with a fast and robust method. The model is then implemented in a commercial finite element code and in a tool based on a model reduction method. Last, a study of the behaviour in fatigue is performed with an original characterization campaign from which a continuous damage law is proposed.

Óleos essenciais, basicamente formados por hidrocarbonetos terpênicos e compostos oxigenados, têm função aromatizante nas indústrias química, farmacêutica e de alimentos. Os compostos terpênicos são instáveis ao calor e sua remoção resulta em um produto mais estável e com maior valor comercial. No processo de desterpenação, a viscosidade é um parâmetro de grande interesse, pois afeta a perda de energia por atrito e os mecanismos de transferência de calor e massa. Devido o grande número de variáveis que podem afetar a viscosidade, como temperatura, pressão e concentração, métodos para estimar esta propriedade apresentam grande importância prática. O objetivo desta dissertação de mestrado foi ajustar o modelo UNIFAC-VISCO aos dados de viscosidade de sistemas similares aos resultantes do processo de desterpenação dos óleos essenciais de bergamota, hortelã e limão por extração líquido-líquido (ELL), a 25 ºC, utilizando etanol hidratado como solvente. O modelo foi programado utilizando a plataforma MATLAB® e a correlação foi realizada utilizando duas abordagens: na primeira, somente foram ajustados parâmetros referentes aos grupos funcionais ainda não descritos na literatura para o UNIFAC-VISCO, resultando em um desvio médio relativo (DMR) igual a 1,70 %; na segunda abordagem, todos os grupos funcionais foram ajustados aos dados experimentais, resultando em um desvio médio relativo (DMR) igual 0,68 %. Os parâmetros UNIFAC-VISCO foram ajustados utilizando um método heurístico o que possibilitou avaliar o desempenho de um método de inteligência computacional. A capacidade preditiva dos parâmetros obtidos foi testada nos sistemas semelhantes aos formados na desterpenação de óleo de eucalipto. Os valores de DMR para estes sistemas foram 3,56 e 1,83%, utilizando os parâmetros obtidos na primeira e na segunda abordagem, respectivamente. Estes resultados mostram que o modelo fornece uma boa estimativa desta propriedade e pode ser uma ferramenta útil para a indústria de alimentos e para o processo de extração, possibilitando a melhoria de processos e permitindo o projeto de equipamentos mais eficientes em escala industrial. / Essential oils, that are primarily composed for terpenoids and oxygenates, have flavoring function in the chemical, pharmaceutical and food industries. Terpenes compounds are unstable to heat and its removal results in a better quality product besides its higher commercial value. In the deterpenation process, the viscosity has a great importance since it affects the loss of energy by friction and the mechanisms of heat and mass transfer. There are a large amount of variables that can affect this parameter such as temperature, pressure and concentration and the use of estimation methods for this property becomes a tool of great practical importance. The aim of this dissertation was to adjust the UNIFAC-VISCO model to the kinematic viscosities of similar systems to those formed after deterpenation process of bergamot, mint and lemon essential oils, by liquid-liquid extraction (LLE) at 25ºC, with aqueous ethanol as solvent. The model was programmed using MATLAB ® platform and the correlation was accomplished using two approaches: in the first one, only parameters related to functional groups with no previous literature references to the UNIFAC-VISCO were adjusted, providing an average relative deviation (ARD) equal to 1.70 %; in the second approach, all functional groups were fitted to the experimental data, which provided an average relative deviation (ARD) equal to 0.68 %. The UNIFAC-VISCO parameters were adjusted by a heuristic method allowing the evaluation of a computational intelligence method performance. The predictive ability of the parameters was evaluated in similar systems to those formed in the deterpenation of eucalyptus essential oil. The ARD values between the experimental and the calculated viscosities were 3.56 and 1.83%, for parameters from first and second approach, respectively. These results show that the model provides a good estimation of this physical property and it can be a good tool for food industry and for extraction process, allowing process improvement and enabling the project of more efficient equipment on industrial scale.

Ce travail de thèse porte sur l’étude et la mise en évidence de relations microstructure-propriétés dans des revêtements modèles à base époxy représentatifs de peinture anticorrosion. Ces relations sont établies aussi bien à l’état initial que lors de vieillissements hygrothermiques. Cette étude a tout d’abord consisté à caractériser les propriétés physico-chimiques et mécaniques du système stœchiométrique DGEBA/DAMP totalement réticulé. Ces propriétés ont été comparées à celles du système DGEBA/TETA et ont permis de montrer la forte influence de la microstructure sur ces propriétés initiales. Des vieillissements hygrothermiques cycliques à différentes températures sur films libres ont été effectués pour mesurer l’impact de la microstructure sur la durabilité des systèmes époxy. Ces travaux ont pu montrer l’influence des interactions eau-polymère dans les phénomènes de diffusion. De plus, les évolutions de certaines propriétés physico-chimiques et mécaniques ont pu être caractérisées à l’aide de la DMA (mors submersibles), lors des différentes étapes de sorption-désorption. Un comportement pseudo-fickien a pu être mis en évidence lors de la première sorption, suivi d’un comportement fickien lors des autres étapes. Les causes inhérentes à cette évolution ont pu être avancées, en mettant en jeu des réorganisations microstructurales des systèmes époxy étudiés. D’autres vieillissements hygrothermiques ont été réalisés à l’aide de la SIE sur des revêtements pour étudier l’effet de l’interface revêtement/substrat acier sur les phénomènes de diffusion, notamment le rôle des contraintes résiduelles. L’influence de la contrainte visco-élastique sur les phénomènes de prise en eau des revêtements a finalement été étudiée. / This work highlights the microstructure-properties relations inside representative epoxy based model coatings for anticorrosion paints. These relations have been established for the initial state as well as the hygrothermal ageing. First, we characterised physico-chemical and mechanical properties of the totally crosslinked DGEBA/DAMP stoichiometric system. These properties have been compared to the DGEBA/TETA system and they showed the strong influence of the microstructure on these initial properties. Cyclic hygrothermal ageing have been completed at different temperatures on free films, in order to measure the impact of the microstructure on the durability of epoxy systems. This work has shown the influence of the water-polymer interactions on diffusion phenomena. Moreover, the evolutions of several physico-chemical and mechanical properties have been characterised using DMA (submersible clamps), during different sorption-desorption steps. A pseudo-fickian behaviour has been evidenced during the first sorption, and it was followed by a fickian behaviour for all other steps. The inherent causes of this evolution have been proposed, by considering microstructural reorganisations of the studied epoxy systems. Other hygrothermal ageing have been carried out using EIS on coatings, in order to study the effects of the coating/steel substrate interface on diffusion phenomena, especially the role of residual stresses. We finally studied the influence of the visco-elastic stress on the coating water intake phenomena.

Les matériaux composites à matrice organique sont de plus en plus utilisés par l'industrie des transports pour la réalisation d'éléments structuraux. Afin de permettre un dimensionnement optimal de ces structures, il est nécessaire d'améliorer la compréhension et la modélisation du comportement de ces matériaux sur une large gamme de vitesses de sollicitation et de températures d'environnement. Pour cela, plusieurs campagnes expérimentales ont été réalisées sur le T700GC/M21, un composite stratifié à matrice organique, dans le cadre de ces travaux. Tout d'abord, des essais dynamiques sur un vérin hydraulique, ainsi que des essais de fluage, ont été menés afin de caractériser la dépendance à la vitesse du comportement de ce matériau. Ensuite, la dépendance à la température a été mise en évidence à l'aide d'essais à basse température sur vérin hydraulique, complétés d'essais DMA.Les résultats de ces essais ont été utilisés afin de justifier physiquement le développement d'un modèle visco-élastique bi-spectral pour la description de la dépendance à la vitesse du T700GC/M21 sur une large gamme de vitesses de déformation. L'influence de la température d'environnement sur le comportement a quant à elle été introduite à l'aide d'une loi d'Arrhénius. Ce modèle thermo-visco-élastique permet finalement de rendre compte du comportement du stratifié T700GC/M21 sur une large gamme de vitesses et de températures / Organic matrix composite materials are more and more used in the transportation industry to design strutural components. In order to reach an optimal design, improvements in the understanding and the modelling of the behaviour of these materials under various strain rates and temperatures conditions are required.Therefore, a campaign of various mechanical tests has been performed on the T700GC/M21 organic matrix composite laminate in this work. On one hand, dynamic tests have been performed using hydraulic jacks, as well as creep tests, to characterise the material strain rate dependency. On the other hand, low temperatures and DMA tests have been performed to exhibit the temperature effect.Experimental results have been used to physically justify a bi-spectral visco-elactic model which describes the strain rate dependency of T700GC/M21 on a large range of strain rates. Introducing an Arrhenius like law for the viscous mechanisms, the temperature dependency has also been taken into account. The obtained thermo-visco-elastic model finally describes the behaviour of the T700GC/M21 laminate on a large range of strain rates and temperatures

Au cours de cette thèse, un modèle potentiel résolvant les équations d’Euler-Zakharov a été développé dans le but de simuler la propagation de vagues et d’états de mer irréguliers et multi-directionnels, du large jusqu’à la côte, sur des bathymétries variables. L’objectif est de représenter les effets non-linéaires et dispersifs le plus précisément possible pour des domainescôtiers bidimensionnels (dans le plan horizontal) de l’ordre de quelques kilomètres.La version 1DH initiale du modèle, résolvant le problème aux limites de Laplace à l’aide de schémas aux différences finies d’ordre élevé dans la direction horizontale combinés à une approche spectrale sur la verticale, a été améliorée et validée. L’implémentation de conditions aux limites de type Dirichlet et Neumann pour générer des vagues dans le domaine a été étudiée en détail. Dans la pratique, une zone de relaxation a été utilisée en complément deces conditions pour améliorer la stabilité du modèle.L’expression analytique de la relation de dispersion a été établie dans le cas d’un fond plat. Son analyse a montré que la représentation des effets dispersifs s’améliorait significativement avec l’augmentation de la résolution sur la direction verticale (i.e. avec le degré maximal de la basede polynômes de Tchebyshev utilisée pour projeter le potentiel des vitesses sur la verticale).Une étude de convergence menée pour des ondes solitaires modérément à fortement non-linéaires a confirmé la convergence exponentielle avec la résolution verticale grâce à l’approche spectrale, ainsi que les convergences algébriques en temps et en espace sur l’horizontale avec des ordres d’environ 4 (ou plus) en accord avec les schémas numériques utilisés.La comparaison des résultats du modèle à plusieurs jeux de données expérimentales a démontré les capacités du modèle à représenter les effets non-linéaires induits par les variations de bathymétrie, notamment les transferts d’énergie entre les composantes harmoniques, ainsi que la représentation précise des propriétés dispersives. Une formulation visco-potentielle a également été implémentée afin de prendre en compte les effets visqueux induits par la dissipation interne et le frottement sur le fond. Cette formulation a été validée dans le cas d’une faible viscosité avec un fond plat ou présentant une faible pente.Dans le but de représenter des champs de vagues 2DH, le modèle a été étendu en utilisant une discrétisation non-structurée (par nuage de points) du plan horizontal. Les dérivées horizontales ont été estimées à l’aide de la méthode RBF-FD (Radial Basis Function-Finite Difference), en conservant l’approche spectrale sur la verticale. Une étude numérique de sensibilité a été menée afin d’évaluer la robustesse de la méthode RBF-FD, en comparant différents types de RBFs, avec ou sans paramètre de forme et l’ajout éventuel d’un polynôme. La version 2DH du modèle a été utilisée pour simuler deux expériences en bassin, validant ainsi l’approche choisie et démontrant son applicabilité pour simuler la propagation 3D des vagues faisant intervenir des effets non-linéaires. Dans le but de réduire le temps de calcul et de pouvoir appliquer le code à des simulations sur de grands domaines, le code a été modifié pour utiliser le solveur linéaire direct en mode parallèle / In this work, a potential flow model based on the Euler-Zakharov equations was developed with the objective of simulating the propagation of irregular and multidirectional sea states from deep water conditions to the coast over variable bathymetry. A highly accurate representation of nonlinear and dispersive effects for bidimensional (2DH) nearshore and coastal domains on the order of kilometers is targeted.The preexisting 1DH version of the model, resolving the Laplace Boundary Value problem using a combination of high-order finite difference schemes in the horizontal direction and a spectral approach in the vertical direction, was improved and validated. The generation of incident waves through the implementation of specific Dirichlet and Neumann boundary conditions was studied in detail. In practice, these conditions were used in combination witha relaxation zone to improve the stability of the model.The linear dispersion relation of the model was derived analytically for the flat bottom case. Its analysis showed that the accuracy of the representation of dispersive effects improves significantly by increasing the vertical resolution (i.e. the maximum degree of the Chebyshev polynomial basis used to project the potential in the vertical). A convergence study conducted for moderate to highly nonlinear solitary waves confirmed the exponential convergence in the vertical dimension owing to the spectral approach, and the algebraic convergence in time and in space (horizontal dimension) with orders of about 4 (or higher) in agreement with the numerical schemes used.The capability of the model to represent nonlinear effects induced by variable bathymetry, such as the transfer of energy between harmonic components, as well as the accurate representation of dispersive properties, were demonstrated with comparisons to several experimental data sets. A visco-potential flow formulation was also implemented to take into account viscous effects induced by bulk viscosity and bottom friction. This formulation was validated inthe limit of small viscosity for mild slope bathymetries.To represent 2DH wave fields in complex nearshore domains, the model was extended using an unstructured discretization (scattered nodes) in the horizontal plane. The horizontal derivatives were estimated using the RBF-FD (Radial Basis Function - Finite Difference) method, while the spectral approach in the vertical remained unchanged. A series of sensitivity tests were conducted to evaluate numerically the robustness of the RBF-FD method, including a comparison of a variety of RBFs with or without shape factors and augmented polynomials. The 2DH version of the model was used to simulate two wave basin experiments, validating the approach and demonstrating the applicability of this method for 3D wave propagation, including nonlinear effects. As an initial attempt to improve the computational efficiency ofthe model for running simulations of large spatial domains, the code was adapted to use a parallelized direct linear solver

Les grandes quantités d’eaux usées générées par l’activité humaine doivent être traitées pour minimiser le risque sanitaire et l’impact sur les milieux récepteurs. Les boues résiduaires sont le principal coproduit de ce traitement. Afin de les valoriser, des transformations sont mises en œuvre dans les stations d’épuration pour réduire leur volume et améliorer leur qualité sanitaire. Des problèmes d’écoulement et de mottage sont fréquemment rencontrés par les opérateurs. La caractérisation du comportement rhéologique de ce mélange hétérogène d’eau, microorganismes, fibres, particules colloïdales et non colloïdales, polymères organiques, etc., représente encore de nos jours un challenge scientifique et technique, en particulier lorsque la concentration massique en solides excède 20%. Dans ce travail, une méthodologie complète, associant mesures et modélisation, a été développée afin de caractériser les propriétés rhéologiques, l’adhérence et la cohésion des boues résiduaires. Elle s’adresse à des boues dont le comportement, évalué par un test d’affaissement, s’apparente à celui d’un solide mou et elle peut être mise en œuvre tant que le matériau n’a pas dépassé la limite de plasticité mesurée selon la norme ASTM D 4318, relative aux sols. Dans cette étude, elle a été appliquée à des boues centrifugées, dont la teneur massique en solides était proche de 20%. La méthode expérimentale inclut des essais mécaniques en compression uniaxiale (à très grande déformation, à petite déformation avec un ou plusieurs cycles de charge/décharge) sur un texturomètre de Lloyd Instruments et des essais en cisaillement réalisés sur un dispositif spécialement conçu au laboratoire pour quantifier les propriétés adhésive et cohésive des boues. Ces essais permettent d’identifier le seuil de fracturation du matériau, les ordres de grandeur du module élastique, de la viscosité et du seuil de plasticité, la résilience, les contraintes maximales d’adhésion et de cohésion et, enfin, les énergies d’adhésion. Un modèle mécanique analogique a ensuite été établi. Le comportement viscoélastique et visco-élasto-plastique des boues sous une sollicitation uniaxiale de charge-décharge a pu être simulé par un modèle conceptuel, dit ‘Burgers-Ludwik’, à 7 paramètres rhéologiques. Ce modèle est basé sur les lois mécaniques fondamentales de Hooke, de Newton et sur l'équation de Ludwik pour décrire le comportement plastique d'écrouissage. L’optimisation des paramètres du modèle avec Matlab® a été réalisée avec une méthode de régression multiple non linéaire à plusieurs étapes, ainsi que les calculs des bassins d'attraction et des intervalles de confiance. La sensibilité de la méthodologie à mettre en évidence des changements de propriétés induits par des procédés ou par un stockage a ensuite été évaluée. Il s'est ainsi avéré qu"un malaxage rend le matériau plus adhésif et plus facile à déformer, avec une diminution du seuil et de la rigidité du matériau, et qu’un stockage rend les boues moins cohésives et aussi plus faciles à déformer. / Human daily activities generate a large quantity of wastewater that should be treated in order to minimise the sanitary risk and impacts on the environment. Sewage sludge is the main co-product of the wastewater treatment. Specific processes are implemented to reduce its volume and improve its sanitary quality before valorisation. As dewatered sludge is a mixture of water, microorganisms, fibres, colloidal and non-colloidal particles, organic polymers, etc., with the increase of its solid content, difficulties in pumping, conveying or discharging handling are frequently encountered during these treatments. The rheological characterisation of this heterogeneous material still remains a scientific and technical challenge, especially when solid mass content exceeds 20%. In this work, an entire methodology linking experimental measurements and modelling has been developed to characterise the rheological properties and the stickiness of sewage sludge. This methodology is suitable for sludge behaving as a soft solid (evaluated by slumping test) and as long as the material stays below its plastic limit (by the ASTM D 4318 initially standardized for soils). In this dissertation, the methodology is applied to dewatered sludge of total solid content around 20% by weight. This method includes uniaxial compression tests (from very large deformation to small one with single or two cycles of loading-unloading) using a universal materials testing machine of Lloyd Instrument and shearing tests using a device designed and fabricated in our laboratory for quantifying the sticky properties of sludge. These tests can identify the bioyield of the material, the orders of magnitude of the elastic modulus, viscosity, yield stress and resilience, the maximum adhesive and cohesive stresses, and finally the energy of adhesion. An analogical mechanical model is then established. The viscoelastic and visco-elasto-plastic behaviours under uniaxial cyclic compression can thus be simulated with this conceptual model of 7 parameters, named “Burgers-Ludwik”. This model is based on the fundamental mechanical laws of Hooke, Newton and the equation of Ludwik for simulating plastic hardening of material. A multi-step program based on non-linear multiple regressions is coded to optimize the model parameters with Matlab®. The sensibility of this methodology is highlighted by testing the changes in rheological properties of sewage sludge induced by processing or storage. Mixing makes the sludge more adhesive while storage makes it less cohesive. Both make the sludge easier to deform.

Cogliati, Belén. (2011). Modelos viscosos em mecânica dos solos: análise de uma equação visco-hipoplástica. Dissertação de Mestrado, Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, São Paulo. Esta dissertação estuda o comportamento de um modelo visco-hipoplástico proposto por Niemunis (2002), com as funções constitutivas da equação hipoplástica de Nader (2003). Para entender o papel da viscosidade no comportamento do solo são discutidos o adensamento secundário, a influência da velocidade de deformação na resistência não-drenada e a variação do coeficiente de empuxo com o tempo. Como etapa preliminar, são apresentados os modelos reológicos simples em uma dimensão, formados por um só elemento (modelos de Hooke, Newton e Saint-Venant) e modelos compostos pela combinação desses elementos (modelos de Maxwell, Bingham, Kelvin- Voigt, sólido linear padrão e visco-plástico com endurecimento). São deduzidas as equações de fluência e relaxação para todos esses modelos. Em três dimensões, são apresentadas as formulações do modelo visco-hipoplástico de Niemunis (2002) com as funções constitutivas de Nader (2003). São deduzidas as expressões simplificadas desse modelo para ensaios triaxiais. Em seguida, as equações são aplicadas à simulação de ensaios de compressão isotrópica e compressão não-drenada, com o objetivo de investigar a relaxação e a fluência bem como para analisar a influência dos parâmetros na resposta do modelo. / This thesis studies the behavior of the visco-hypoplastic model proposed by Niemunis, using Nader\'s hypoplastic constitutive equations. To understand the importance of viscosity in soil behavior the following topics are first examined: secondary consolidation, strain rate effects on undrained strength and the time variation of the coefficient of lateral pressure at rest. As a preliminary step, the present work discusses one-dimensional rheological models formed by a single element (Hooke\'s, Newton\'s and Saint-Venant\'s models) or by the combination of these elements (Maxwell\'s, Bingham\'s, Kelvin-Voigt\'s models; the standard linear solid model and the visco-plastic hardening model). For all the rheological models creep and relaxation are investigated. Niemunis\' visco-hypoplastic model with Nader\'s constitutive equations is presented next. First, simplified expressions of this model for triaxial test are deduced. Then the equations are applied to the simulation of isotropic compression and undrainded compression tests, with the aim of investigating relaxation and creep as well as of analyzing the influence of each parameter on the model response.

Made available in DSpace on 2014-06-12T17:36:34Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo2272_1.pdf: 1584114 bytes, checksum: a3a3fa1c92e9025ca69503845b2e0c3d (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2008 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Nas últimas décadas houve um grande avanço no que diz respeito ao desenvolvimento de modelos constitutivos que melhor representassem o comportamento dos materiais geomecânicos. Um meio contínuo submetido à degradação de suas propriedades mecânicas tem sua resposta constitutiva diferenciada, por isso, torna‐se necessária a adoção de modelos baseados na Mecânica do Dano Contínuo formulados em consistência com os princípios da termodinâmica dos processos irreversíveis, para melhor representá‐lo. Neste trabalho será implementado o modelo de visco‐dano, baseado na mecânica do dano contínuo, e que tem como diferença quanto ao modelo de dano, a introdução da regularização viscosa sendo esta feita através do método de Perzyna. Para validação do modelo serão feitas simulações de ensaios de relaxação de tensões e Creep utilizando a ferramenta numérica CODE_BRIGHT, utilizando o método dos elementos finitos Galerkin, sendo os resultados confrontados com os obtidos através do código numérico COMET. Será analisado um caso de ativação de falha e, a partir deste, analisaremos a sensibilidade através da simulação numérica de vários casos considerando a variação dos parâmetros de grande importância no modelo de visco‐dano