Dissertationen zum Thema „Propriétés mécaniques et analyse d'images“

Certains matériaux isolants allient performances thermiques et tenue mécanique. Ces deux propriétés sont antinomiques et un compromis est obtenu en modifiant, sur ligne de production, la structure du matériau par un procédé de crêpage. Le but de cette étude est la compréhension des relations entre les paramètres de crêpage et les propriétés mécaniques du produit fini. Plusieurs approches ont été étudiées :
- Une analyse du procédé de crêpage à partir de vidéos numériques permettant de déterminer localement les champs de taux de déformations au sein de la crêpeuse et de quantifier la cinématique d'une crêpeuse.
- Une analyse du produit fini : à partir de photos de produit texturé, un outil de détermination de l'anisotropie locale a été mis en place. Cette anisotropie est liée aux performances mécaniques du produit. Cette interaction a été mise en évidence expérimentalement et une modélisation du comportement mécanique élastique anisotrope du matériau étudié a été proposée.

L'augmentation des dimensions des éoliennes est nécessaire pour réduire le coût du rendement énergétique des parcs éoliens. L'optimisation de ces structures est liée aux renforts fibreux qu'elles utilisent. La rigidité des pâles d'éoliennes provient des longerons en composites monolithiques mis en forme à partir de renforts NCF (« Non-Crimp Fabrics ») unidirectionnels et de résine thermodurcissable. Les renforts se présentent sous forme d'empilement de deux couches (0° et+/- 80°) cousues dans l'épaisseur par un fil polyester. La structure fibreuse, contrôlée par les paramètres de conception, influence les liens de causes à effets entre les paramètres de conception et les performances du renfort et du composite. Il est donc nécessaire d'optimiser les composites pour leur application. Trois paramètres de conception sont étudiés pour établir ces liens : la longueur de couture, le dessin de couture et la masse linéique de la trame. Ces liens sont dévoilés par la mise en relation de données morphologiques issues d'analyse d'images du renfort sec et du composite avec les propriétés macroscopiques déterminées par le biais de moyens expérimentaux. Ces derniers permettent notamment de déterminer le tenseur de perméabilité hydraulique des renforts ainsi que les propriétés élastiques des composites. Il apparait que chacun des paramètres étudiés influence l'hétérogénéité des composites. Cette caractéristique est favorable pour le procédé d'infusion mais affecte la tenue en fatigue des longerons. L'optimisation des renforts NCF pour leur application requiert donc d'établir un compromis. Une autre solution consisterait à permettre une évolution de la morphologie du composite lors de la mise en forme, pour passer d'un renfort sec hétérogène à un composite homogène en terme de fraction volumique de fibre
The energetic pricing of windmills involves the production cost of wind turbines and theirlifespan. Increasing the performances of these structures comes with an increase of the bladesdimensions. The spar caps of the latters, providing the strength to the blades, are made ofunidirectional glass fiber reinforcement known as NCF (Non-Crimp Fabrics). They involve two layers ofspecific orientations (0° and +/- 80°) stitched together. The architecture formed by the reinforcement isdependent on the design parameters which control the performance, on the fabric during the infusionprocess, and on the composite in the final structure. Therefore, the optimization of the NCF for thewindmill application is controlled by the design parameters. Three parameters (the stitch length, thestitch pattern and the weft Tex) are studied in order to establish the links morphology / process andmorphology / mechanical performances. Experimental investigations are undertaken to determine boththe hydraulic permeability tensor of the fabrics and the elastic properties of their composite. Thesemacroscopic properties are related to the morphology determined using images analysis technics. It isdemonstrated that each of the design parameters impacts the heterogeneity of the composite. Highheterogeneity allows improving the performance during the infusion process while reducing themechanical one. The optimization of the NCF using the design parameters requires setting acompromise in the heterogeneity of the architecture formed by the reinforcement. Another solutionwould consist in allowing the morphology to evolve during the infusion process, to go from an openstructure that eases the flow to a homogeneous structure safer for the windmill application

L'amélioration des performances spécifiques des alliages métalliques de l'aéronautique est une démarche constante. Les alliages de titane sont des matériaux privilégiés par les constructeurs aéronautiques car ils allient hautes propriétés mécaniques et faible densité.Parmi ces matériaux, les alliages β-métastables qui ont pour particularité de retenir jusqu'à 40% de phase β connaissent un fort regain d'intérêt pour les motoristes (Ti-17) comme pour des applications de structure type trains d'atterrissage (Ti-5553 et Ti-10-2-3). Ce travail a pour but d'analyser le comportement mécanique et la durabilité de ces alliages soumis à des sollicitations monotones et cycliques en lien avec les microstructures.Des essais mécaniques ont pour cela été développés à partir de différentes microstructures métallurgiques qu'elles soient issues d'un traitement industriel ou spécifique visant à simplifier ces dernières. Les mécanismes de déformation (systèmes de glissement) et d'endommagement (amorçage de fissures) ont été identifiés et analysés à différentes échelles par microcopie optique et électronique à balayage en intégrant les notions d'orientation cristallographique (EBSD). Le recours à des essais réalisés in situ sous microscope (optique et MEB) et à une métrologie adaptée aux échelles pertinentes a permis d'identifier les éléments micro-structuraux clés et les cinétiques de développement de ces processus. Un des faits marquants est le rôle majeur de l'anisotropie de propriétés mécaniques de la phase β qui a également fait l'objet de simulations numériques.

L’amélioration des performances spécifiques des alliages métalliques de l’aéronautique est une démarche constante. Les alliages de titane sont des matériaux privilégiés par les constructeurs aéronautiques car ils allient hautes propriétés mécaniques et faible densité.Parmi ces matériaux, les alliages β-métastables qui ont pour particularité de retenir jusqu’à 40% de phase β connaissent un fort regain d’intérêt pour les motoristes (Ti-17) comme pour des applications de structure type trains d’atterrissage (Ti-5553 et Ti-10-2-3). Ce travail a pour but d’analyser le comportement mécanique et la durabilité de ces alliages soumis à des sollicitations monotones et cycliques en lien avec les microstructures.Des essais mécaniques ont pour cela été développés à partir de différentes microstructures métallurgiques qu’elles soient issues d’un traitement industriel ou spécifique visant à simplifier ces dernières. Les mécanismes de déformation (systèmes de glissement) et d’endommagement (amorçage de fissures) ont été identifiés et analysés à différentes échelles par microcopie optique et électronique à balayage en intégrant les notions d’orientation cristallographique (EBSD). Le recours à des essais réalisés in situ sous microscope (optique et MEB) et à une métrologie adaptée aux échelles pertinentes a permis d’identifier les éléments micro-structuraux clés et les cinétiques de développement de ces processus. Un des faits marquants est le rôle majeur de l’anisotropie de propriétés mécaniques de la phase β qui a également fait l’objet de simulations numériques
The improvement of specific performances of metallic materials used for aerospaceapplications needs continuous researches and developments. Titanium alloys are materials ofchoice for aerospace companies thanks to their high mechanical properties and low density.Among them, the β-metastable alloys that retain up to 40% of β phase are more and moreintroduced in aircraft engines (Ti-17) and for structural parts (e.g. landing gears in Ti-5553and Ti-10-2-3).This work aims to analyse the mechanical behaviour and durability of these alloyssubmitted to monotonic or cyclic loadings. Mechanical tests have been developed on differentindustrial microstructures as on academic simplified ones produced by specific thermaltreatments. Deformation mechanisms (slip systems) and damage processes (cracks initiation)were identified and analyzed at different scales using microscopes (optical and SEM) andcrystallographic features were studied by EBSD. Specific in situ tests performed undermicroscopes (optical and SEM) and digital images correlation techniques at scales of interesthave permitted to identify and to quantify the key microstructural parameters and the kineticsof these processes. One major result concerns the influence of the anisotropy of mechanicalproperties associated to the β phase

Dans le but d'étudier le comportement mécanique du combustible nucléaire dans un scénario de stockage direct à long terme, des polycristaux d'UO2 sont implantés en ions Hélium dans une fine couche surfacique (environ 1 µm), induisant des déformations. Ces déformations sont mesurées, à l'échelle des grains, par micro-diffraction des rayons X, en utilisant un rayonnement synchrotron (ESRF). Des méthodes d'analyse d'images sont développées pour traiter automatiquement le grand nombre de clichés de diffraction. Le développement d'outils statistiques permet de détecter des clichés problématiques et d'améliorer la précision de l'analyse. Pour des faibles profondeurs d'implantation, l'interaction mécanique entre les grains peut être négligée. Les résultats expérimentaux peuvent être approchés par un modèle mécanique simple. À plus grandes profondeurs, les résultats expérimentaux montrent une plus grande interaction mécanique aux joints de grain qui peut être modélisée par éléments finis. Des outils de géostatistique ont été utilisés pour quantifier ces interactions. Le gonflement et les constantes élastiques de la couche implantée peuvent être ajustés à travers les déformations mesurées sur un grand nombre de grains d'orientations différentes. Ces études permettent de déterminer le gonflement du combustible nucléaire en conditions d'irradiation, ainsi que les modifications de ses propriétés élastiques
In order to study the mechanical behavior of nuclear fuel during direct long term storage, UO2 polycrystals were implanted with Helium ions at a thin surface layer (1 µm approximately), which leads to stress and strain fields in the layer. Strains were measured, at the grains scale, by X-ray micro-diffraction, using synchrotron radiation (ESRF). Image analysis methods were developed for an automatic analysis of the large number of diffraction patterns. Applying statistical tools to Laue patterns allows an automatic detection of low quality images, and enhances the measurement precision. At low layer thickness, the mechanical interaction between grains can be neglected. At higher thickness, experimental results showed a higher mechanical interaction near grain boundaries that can be modeled using finite elements method. Geostatistical tools were used to quantify these interactions. The swelling and the elastic constants in the implanted layer can be estimated through the measured strains on a large number of grains with different orientations. This work allows the determination of the swelling of nuclear fuel in irradiation conditions, as well as the modification of its elastic properties

Les THTZ (réfractaires électrofondus à Très Haute Teneur en Zircone) sont des matériaux utilisés pour la construction de fours verriers. Ils sont composés d'un squelette dendritique de zircone imprégné de phase vitreuse. Cette étude, qui fait partie du programme national de recherche NOREV (Nouveaux REfractaires Verriers), financé par l'ANR (Agence Nationale pour la Recherche), vise à étudier les influences de la morphologie tridimensionnelle de la microstructure et des propriétés des phases sur le comportement mécanique du THTZ, en particulier pendant la transformation quadratique-monoclinique qui intervient lors du refroidissement post-coulée. Les microstructures 3D de différents matériaux ont été investiguées par tomographie X à l'ESRF (synchrotron de Grenoble). Les images 3D segmentées ont donné lieu à des analyses d'images permettant de caractériser la topologie microstructurale des matériaux, à travers de mesures de covariance, de tortuosité et de percolation. Une relation entre la vitesse d'attaque par l'acide fluorhydrique (HF) et la densité de surface du squelette de zircone a été identifiée. En segmentant le squelette de zircone par la méthode des bassins versants (watershed), nous avons pu comparer le niveau de connectivité du réseau de zircone des différents matériaux. Les résultats sont corrélés avec les calculs numériques de la rigidité microstructurale du squelette des matériaux. Après attaque acide et à haute température, un phénomène de flexibilité a été observé sur des éprouvettes minces et a pu être mis en relation avec la connectivité des matériaux. Les mesures de dilatation lors de cycles thermiques ont mis en évidence les effets induits par l'ajout d'yttrine. La phase vitreuse joue un rôle important pendant la transformation de quadratique à monoclinique, en limitant l'endommagement microstructural des matériaux. Le THTZ dopé par l'ajout de 7% d'yttrine présente des propriétés très différentes des autres matériaux : il est plus rigide et ne subit plus la transformation martensitique. Des calculs par éléments finis tridimensionnels, réalisées à partir de volumes élémentaires de la microstructure réelle, ont permis d'estimer l'influence des propriétés des phases constituantes, de leur morphologie et des conditions aux limites sur la contrainte interne responsable de l'endommagement microstructural.

La durabilite des conteneurs de dechets radioactifs de faible activite, doit etre garantie pour 300 ans. Dans ce but des modeles previsionnels ont ete developpes: ils prennent en compte les degradations que peut subir le beton de conteneur sous l'effet d'une part des agents agressifs transportes par les eaux d'infiltration, et d'autre part d'alterations mecaniques. Un programme de recherche destine a prendre en compte les aspects mecaniques dans l'evaluation de la duree de vie des conteneurs s'est mis en place avec la commissariat a l'energie atomique. Dans une premiere etape nous avons developpe une methodologie et des outils destines a la caracterisation d'un etat de fissuration. Dans une deuxieme etape nous avons etudie la variation de certaines proprietes en fonction de l'etat de fissuration du beton. Ces grandeurs ont ete choisies car elles sont essentielles vis-a-vis du role de stockage des conteneurs, c'est-a-dire vis-a-vis des transferts dans le beton. Il s'agit de la permeabilite a l'air, et de la diffusion du tritium, du cesium 137, et des ions chlorures

L'agriculture 4.0 se développe actuellement rapidement en termes de recherche, de développement et d'applications commerciales. L'objectif de l'agriculture 4.0 est d'utiliser la technologie pour améliorer tous les domaines de l'agriculture. L'agriculture 4.0 est tellement vaste que si l'on veut y contribuer, il faut choisir un domaine spécifique. Le domaine choisi pour l'étude de ce doctorat est la production de fibres de lin. Les fibres de lin sont des fibres naturellement solides qui peuvent être extraites des tiges de lin. Les tiges de lin ont évolué pour avoir des fibres robustes d'un diamètre de l'ordre du micromètre qui courent le long de l'extérieur de la tige et sont maintenues en place dans le tissu externe de la tige. Une fois extraites et isolées, les fibres de lin ont de nombreuses applications, allant des textiles aux matériaux composites. Afin de faciliter l'extraction mécanique des fibres de lin de leurs tiges mères, les tiges subissent un processus connu sous le nom de « rouissage ». Le rouissage entraîne la décomposition du tissu externe (appelé lamelle moyenne) entre les fibres. Une forme courante de rouissage est connue sous le nom de « rouissage de rosée ». Dans le rouissage de la rosée, des processus naturels tels que les bactéries et les champignons produisent des enzymes qui décomposent la lamelle centrale et séparent progressivement les grappes de fibres et les fibres des grappes. La durée du rouissage dépend fortement des conditions météorologiques. Un rouissage insuffisant entraîne une extraction difficile des fibres dans l'usine, tandis qu'un rouissage excessif peut compromettre la qualité des fibres. On sait depuis longtemps qu'il existe un point de rouissage optimal - même les anciens le savaient. Certains agriculteurs artisans qualifiés sont capables de juger ce point par une combinaison de manipulation manuelle des tiges, d'observation des dommages causés aux tissus externes par cette manœuvre, et aussi d'observation de la couleur et de l'odeur des tiges au cours de ce test très habile, mais artisanal. Il est clair que l'artisan effectue des tests de laboratoire rudimentaires littéralement « sur le terrain ». Il semblerait donc logique d'essayer de quantifier ces tests et de voir si un outil fiable peut être mis au point pour aider l'artisan. Et c'est exactement ce que d'autres ont tenté de faire. L'introduction de la thèse donne des exemples de tentatives de fabrication d'outils de rouissage optimal dans les années 1980 et suivantes. Inspirés par ces premiers travaux, les travaux de cette thèse tentent une caractérisation mécanique multi-échelle complète des tiges et des fibres de lin pendant un cycle de rouissage (été 2022) et, de manière quelque peu ambitieuse, réalisée en temps réel - à notre connaissance pour la première fois. La caractérisation mécanique comprend des essais mécaniques macroscopiques (flexion, écrasement et torsion de la tige), ainsi que des essais mécaniques microscopiques inédits sur des fibres de lin individuelles à l'aide de nouvelles méthodes inspirées des MEMS. En outre, les propriétés mécaniques nanoscopiques de la paroi cellulaire primaire des fibres de lin en cours de rouissage ont été caractérisées à l'aide de l'AFM par nanoindentation. Au fur et à mesure que le travail expérimental, l'analyse via la modélisation analytique et l'interprétation descendent en échelle, de la macro au nano en passant par le micro, nous en apprenons un peu plus sur la manière dont le rouissage affecte les tiges, leurs propriétés et leurs fibres. En plus de l'apprentissage, un résultat très positif du doctorat est que l'on est capable de suggérer un mécanisme de dommage induit mécaniquement dans les tiges, qui pourrait être la base d'un outil. On peut cependant noter que la nature multiparamétrique incontrôlable du sujet, par exemple le temps, signifie que plusieurs études seraient nécessaires pour confirmer sans aucun doute les observations d'un seul cycle de rouissage
Agriculture 4.0, also known under several aliases such as ‘digital agriculture', ‘smart farming', and ‘e-farming' is currently developing rapidly in terms of research, development, and commercial applications. As with Agriculture 1.0, 2.0, and 3.0, the objective of Agriculture 4.0 is the use of technology to improve all areas of agriculture. In Agriculture 4.0 it is the application of microelectronics and microtechnologies. Unlike before, these technologies bring things such as the internet-of-things, big data, telecommunications, novel sensing, rapid feedback, data analysis, connectivity, artificial intelligence etc. In principle, all these areas should result in a massive modernization of farming in terms of organisation, yield, efficiency, and quality of produce. However, Agriculture 4.0 is so vast that if one is to contribute to it, even in a minor way, one has to choose a specific area to contribute. The area chosen for the study in this PhD was flax fibre production. Flax fibres are naturally strong fibres which can be extracted from flax stems. The flax stems have evolved to have robust micrometre-diameter fibres running the length of the outside of the stem, and held in place in the external tissue of the stem. Once extracted and isolated, flax fibres have numerous applications ranging from textiles to composite materials. In order to facilitate the mechanical extraction of flax fibres from their parent stems, the stems undergo a process known as ‘retting'. Retting leads to the breakdown of the external tissue between the fibres. A common form of retting is known as ‘dew retting'. In dew retting, natural processes such as bacteria and fungi result in enzymes which break down the middle lamella and gradually separate fibre bunches and fibres from bunches. The length of dew retting depends heavily on the weather. Too little retting results in difficult fibre extraction in the factory, too much retting can result in a compromise in fibre quality. It has long been known that there is an optimum retting point-even the ancients knew this. Certain skilled artisan farmers are able to judge this point via a combination of manual manipulation of the stems, observation of damage caused to the external tissue via this manoeuvre, and also observing the colour and the smell of the stems during this very skilled, but artisanal, testing. It is clear that the artisan is performing rudimentary laboratory tests quite literally ‘in-the-field'. It would seem logical therefore to try to quantify such tests and see if a reliable tool can be made to help the artisan. And indeed, this is exactly what others have attempted. The introduction of the PhD gives examples of attempts to make optimal-retting tools in the 1980s and after. Inspired by this early work, the work of this PhD attempts a full multiscale mechanical characterization of flax stems and fibres during a retting cycle (summer 2022) and, somewhat ambitiously, performed in real time-to our knowledge for the first time. The mechanical characterization involved macroscopic mechanical tests (bending, crushing, and twisting), as well as novel microscopic mechanical testing of single flax fibres using novel methods inspired by MEMS. In addition, the nanoscopic mechanical properties of the primary cell wall of retting flax fibres was characterised using nanoindentation AFM. As the experimental work, analysis via analytical modelling, and interpretation descends in scale from macro, through micro, to nano, we learn a little more of how the retting affects the stems, their properties, and their fibres. In addition to simply learning, a very positive outcome of the PhD is that one is able to suggest a mechanically-induced damage mechanism in stems which could be the basis for a tool. One can note however, that the uncontrollable multiparameter nature of the subject, e.g. the weather, means that several studies would be needed to confirm beyond doubt observations from a single retting cycle

Cette thèse porte sur le développement d’un moyen d’essai mécanique permettant de caractériser l’effet de la pression partielle d’oxygène sur le comportement mécanique des oxydes sous-stoechiométriques de type pérovskite utilisé pour leur propriété de semi-perméation. Pour étudier ces matériaux, un nouveau protocole expérimental a été développé, ainsi qu’une méthode numérique de dépouillement ad hoc. Les essais de compression diamétrale cyclique et fluage par compression diamétrale mis en place sont réalisés dans un four d’essais mécaniques à étanchéité renforcée permettant de maitriser l’atmosphère gazeuse dans la zone utile pendant l’essai. Le four, conçu pour ces essais, permet la réalisation de mesures optiques en temps réels. Pour l’identification des paramètres matériaux, une nouvelle routine nommée DigImCo.v2 a été développée. Celle-ci couple les techniques de corrélation d’images numérique (CIN) et la méthode d’identification par analyse inverse à travers la simulation numérique des essais et les méthodes d’optimisation. L’algorithme d’optimisation proposée découle de celui de Levenberg-Marquardt modifié et la loi de fluage implémentée dans le logiciel de simulation éléments finis est une loi de type Norton. Les résultats des essais montrent une faible influence de la pression partielle d’oxygène sur les matériaux étudiés, qui présentent également des déformations de fluage négligeables comparativement aux matériaux de la littérature
This thesis deals with the development of mechanical set up that allows characterizing the oxygen partial pressure effect on the mechanical behavior of sub-stoichiometric perovskites oxides, used due to their potential oxygen semi-permeation properties. In order to study these materials, a new experimental set up and a new post-process routine are developed. Diametric compression tests and creep by diametric compression are conducted in an original mechanical test furnace with reinforced sealing and controlled atmospheres. The tests are instrumented by optical measurements. In order to control the oxygen partial pressure in the test zone, and to study its real influence on mechanical properties, an oxygen sensor is monitored to the device. To analyze experiences, a new post-process routine called DigImCo.v2 is developed that permits to identify material parameters. This approach combine Digital Image Correlation method and an inverse identification method. The optimization technic is based on Levenberg-Marquardt module and the numeric model simulation of the tests are performed on Abaqus software. For the creep parameters identification, Norton creep model is simulated in Abaqus. Tests results reflect the relatively weak influence of oxygen partial pressure on studies materials, which exhibit negligible creep strains compared to literature

Cette thèse propose l'étude de matériaux composites industriels simplifiés constitués de caoutchouc non réticulé (copolymère styrène-butadiène " SBR ") renforcés par des charges nanométriques de silice hautement dispersible. Afin d'identifier les mécanismes physico-chimiques responsables de ce renforcement et être capable de l'optimiser, nous devons comprendre les corrélations existantes entre les propriétés macroscopiques du matériau et la structure des charges à différentes échelles. Pour cela, une large campagne d'expériences de diffusion des rayons-X aux petits angles (DXPA) ainsi que de nombreux clichés de microscopie électronique ont été réalisés. En couplant ces données avec des simulations Monte-Carlo, il a été notamment possible de mettre en avant la présence d'une organisation à trois niveaux en partant de billes élémentaires d'une dizaine de nanomètres formant des agrégats eux-mêmes arrangés selon un réseau tridimensionnel branché existant à travers tout l'échantillon. L'analyse du renforcement dans les nanocomposites a été effectuée par rhéométrie et analyse dynamique mécanique. D'autres techniques telles que la spectroscopie diélectrique, la résonnance magnétique nucléaire, l'analyse thermogravimétrique ou la spectrométrie infrarouge ont également contribué à une caractérisation complète de ces matériaux, en particulier pour sonder la dynamique des chaînes de SBR à l'interface avec la charge. Afin de déceler les corrélations existantes entre structure et propriétés, nous nous sommes attachés à décrire systématiquement l'influence de paramètres-clés tels que la fraction volumique en silice, le type de polymère employé (greffable sur la silice ou pas) ou leur masse molaire sur la morphologie des charges (par exemple la taille des agrégats) ainsi que sur le comportement mécanique (par exemple leur module d'élasticité) des composites. Ce travail a permis d'identifier la densité de greffage des chaines comme le paramètre définissant la structure des composites et impactant significativement le renforcement. Cette thèse, résolument tournée vers la compréhension fondamentale, est aussi une contribution à la recherche d'une loi de comportement décrivant l'effet de la structure des charges sur les performances des pneumatiques. Cette dernière doit permettre de répondre à des problématiques rencontrées en ingénierie telles que la résistance à l'usure, l'adhérence, ou la résistance au roulement. De plus, dans le but d'atteindre des informations supplémentaires quant aux interactions entre caoutchouc et silice, nous avons mis au point un protocole expérimental permettant de formuler des échantillons dits " modèles " renforcés avec une silice colloïdale. Cette dernière étant beaucoup mieux définie d'un point de vue géométrique, son analyse structurale est grandement facilitée rendant possible l'étude des potentiels mis en jeu pendant la production des nanocomposites.

Cette thèse propose l'étude de matériaux composites industriels simplifiés constitués de caoutchouc non réticulé (copolymère styrène-butadiène « SBR ») renforcés par des charges nanométriques de silice hautement dispersible. Afin d'identifier les mécanismes physico-chimiques responsables de ce renforcement et être capable de l'optimiser, nous devons comprendre les corrélations existantes entre les propriétés macroscopiques du matériau et la structure des charges à différentes échelles.Pour cela, une large campagne d'expériences de diffusion de rayons-X aux petits angles (DXPA) ainsi que de nombreux clichés de microscopie électronique ont été réalisés. En couplant ces données avec des simulations Monte-Carlo, il a été notamment possible de mettre en avant la présence d'une organisation à trois niveaux en partant de billes élémentaires d'une dizaine de nanomètres formant des agrégats eux-mêmes arrangés selon un réseau tridimensionnel branché existant à travers tout l'échantillon.L'analyse du renforcement dans les nanocomposites a été effectuée par rhéométrie et analyse dynamique mécanique. D'autres techniques telles que la spectroscopie diélectrique, la résonance magnétique nucléaire, l'analyse thermogravimétrique ou la spectrométrie infrarouge ont également contribué à une caractérisation complète de ces matériaux, en particulier pour sonder la dynamique des chaînes de SBR à l'interface avec la charge.Afin de déceler les corrélations existantes entre structure et propriétés, nous nous sommes attachés à décrire systématiquement l'influence de paramètres-clés tels que la fraction volumique en silice, le type de polymère employé (greffable sur la silice ou pas) ou leur masse molaire sur la morphologie des charges (taille des agrégats, ...) ainsi que sur le comportement mécanique (module d'élasticité, ...) des composites. Ce travail a permis d'identifier la densité de greffage des chaines comme le paramètre définissant la structure des composites et impactant significativement le renforcement.Cette thèse, résolument tournée vers la compréhension fondamentale, s'inscrit, à terme, dans la recherche d'une loi de comportement décrivant l'effet de la structure des charges sur les performances des pneumatiques. Cette dernière doit permettre de répondre à des problématiques rencontrées en ingénierie telles que la résistance à l'usure, l'adhérence, ou la résistance au roulement.De plus, dans le but d'atteindre des informations supplémentaires quant aux interactions entre le caoutchouc et la silice, nous avons mis au point un protocole expérimental permettant de formuler des échantillons dits « modèles » renforcés avec une silice colloïdale. Cette dernière étant beaucoup mieux définie d'un point de vue géométrique, son analyse structurale est grandement facilitée rendant possible l'étude des potentiels mis en jeu pendant la production des nanocomposites
In this thesis, we study nanocomposite materials made of non vulcanized rubber (styrene-butadien copolymer “SBR”) reinforced by highly dispersible silica nanofillers. In order to identify physico-chemical mechanisms responsible for such a reinforcement and being able to optimize it, we must understand existing correlations between the material macroscopic properties and the multi-scale structure of the filler.For this purpose, a wide campaign of small angle X-ray scattering (SAXS) and electronic microscopy experiments have been performed. Coupling this data with Monte-Carlo simulations led to the emergence of a concept describing the silica morphology: A branched tridimensional network built up from aggregates (radius  50 nm) made of nanoparticles (radius  10 nm) spreading accross the whole sample.The analysis of the reinforcement in nanocomposites is based on rheometry and dynamic mechanical analysis. Other techniques like dielectric spectroscopy, nuclear magnetic resonance, thermogravimetric analysis or infra-red spectrometry contributed as well to fully characterize these materials, particularly to probe the SBR chains dynamic at the interface with the filler.In order to reveal the correlations between structure and properties, we systematically described the impact of key parameters such as filler fraction, polymer grafting or the chain molar mass on the silica morphology (aggregates size, …) as well as on the mechanical behavior (elastic modulous, …) of the composites. This work allowed identifying the polymer grafting density as the parameter defining the filler structure and playing a significant role on the reinforcement.This thesis, firmly focused on fundamental comprehension, contributes to the development of a general law describing the effect of the filler structure on the performance of tires. The latter must provide answers to engineering issues concerning wear resistance, wet grip or rolling resistance.Moreover, in order to obtain additional information regarding the rubber-silica interactions, we developed an experimental process allowing the production of “model” systems reinforced with colloidal silica. The use of such filler, very well defined in terms of size and shape, makes much easier the structural analysis giving the opportunity to investigate deeper the effective potential between the two phases during the composite production

L'objectif de ce travail de thèse est de réaliser une étude comparative de nanocomposites hybrides ferroélectriques. Deux matrices thermoplastiques ont été utilisées : le polyamide 11 et le poly(vinylidène fluoride trifluoroéthylène) 70-30. Les nano-objets introduits sont des nanoparticules de titanate de baryum (BaTiO3). Nous nous intéresserons tout particulièrement à l'influence des nanoparticules sur les propriétés physiques des composites en fonction de la taille des inclusions et de leurs fractions volumiques. L'évolution des propriétés pyroélectrique et piézoélectrique des nanocomposites en fonction du caractère électroactif ou non de la matrice est discutée. Dans le premier chapitre de ce mémoire, des éléments de rappel sur la ferroélectricité des polymères et des céramiques ainsi que sur la notion de connectivité des phases dans un composite sont présentés. Les composites étudiés sont de connectivité 0-3 ; une attention particulière est portée aux modèles phénoménologiques permettant de décrire les propriétés physiques de ces matériaux. Le deuxième chapitre est consacré à la présentation des techniques expérimentales utilisées ainsi qu'à la description du protocole d'élaboration des nanocomposites. La stabilité chimique et la structure physique des matériaux constitutifs des composites ont été analysées par Analyse Thermogravimétrique (ATG) et Analyse Calorimétrique Diatherme (ACD). Les propriétés mécaniques statique et dynamique de la matrice polyamide ont été suivies par des essais en traction et en cisaillement dynamique. Les propriétés diélectriques des matrices ont été caractérisées par Analyse des Courants Thermo Stimulés (CTS) et Spectrométrie diélectrique dynamique (SDD). L'influence de la fraction volumique phi de BaTiO3 700 nm sur les propriétés des composites est présentée dans le chapitre 3. Cette étude est réalisée avec les deux matrices. D'un point de vue mécanique, l'introduction de ces nanocéramiques a pour conséquence une forte augmentation du module G' ainsi que de G''. Lorsque la fraction volumique devient trop importante l'évolution d'un comportement ductile vers fragile est constatée. Les nanoparticules de BaTiO3 influencent peu la mobilité moléculaire de la phase amorphe. La diminution du saut delta Cp mesuré par ACD et la diminution de l'amplitude du mode associé à la manifestation diélectrique de la transition vitreuse mis en évidence par CTS indiquent une interaction à l'interface polymère/nanoparticules. L'introduction de BaTiO3 700 nm augmente la partie réelle et imaginaire de la permittivité diélectrique. L'évolution de epsilon' avec phi suit le modèle de Bruggeman jusqu'à phi = 45%. Au-delà de cette fraction volumique, la densification importante et les phénomènes d'agrégation modifient la connectivité des composites. .
The piezoelectric activity of a hybrid ferroelectric nanocomposite, i. E. Polyamide 11/ Barium Titanate (BT), has been investigated for different loadings of BT particles. The BT volume fraction (phi) was ranging from 0. 024 to 0. 4 with a particle size of 50 nm, 100 nm, 300 nm and 700 nm. The influence of polarization mode on the piezoelectric behaviour has been studied. The magnitude of the poling field used in this study is in the same order of magnitude of the one used for bulk BT i. E. Significantly lower than for piezoelectric polymers. The optimum piezoelectric coefficient is reached when the amorphous phase of the polymeric matrix is in the liquid state i. E. ; for a polarization temperature higher than the glass transition and for time constant allowing macromolecular mobility. The composite piezoelectric activity decreases for particles size lower than 300 nm due to the loss of the tetragonal phase. The nanotexture of these particles has been investigated by TEM and HRTEM. A core shell structure has been observed. An increase of the longitudinal piezoelectric strain coefficient d33 with the raising of BT volume fraction was shown. Contrary to inorganic piezoelectric ceramics, the dielectric permittivity of hybrid composites remains moderate although the piezoelectric voltage coefficient of composites is bigger than ceramics

En analysant les constituants et les processus de fabrication, le comportement mecanique des cartons ondules s'apparentent a celui d'un materiau orthotrope. On se place alors dans l'hypothese d'un comportement elastique lineaire ; la loi de comportement s'exprime en fonction de 4 constantes. La compression sur tranche est la technique la plus utilisee pour la determination de la resistance a la compression verticale des cartons. Des essais de flexion ou de flambement ont ete aussi developpes, seulement leur interpretation necessite un traitement numerique important et ne permettent pas d'identifier des constantes mecaniques. Nous nous proposons d'utiliser une technique jamais employee dans le domaine afin de determiner une modelisation du comportement des cartons ondules: la traction. Pour les materiaux orthotropes, trois essais de traction uniaxiale sont necessaires a la determination de toutes les constantes. Pour palier la multiplication des essais, la traction biaxiale permet de reduire a une experience unique. Nous avons du concevoir et realiser un dispositif de traction biaxiale destine a l'etude de materiau legers. Apres une etude bibliographique sur les principales realisations existantes, nous avons etabli un cahier des charges de nos besoins. Vu la faible resistance des materiaux testes, notre choix en matiere de motorisation s'est porte sur quatre motoreducteurs pas a pas pilotes par un pc. Pour mettre en uvre les essais, nous avons choisi une methode de mesure de deformation, non perturbatrice, sans contact, utilisant un systeme d'acquisition et de traitement d'image. Une campagne d'essais uniaxiaux et biaxiaux a ete menee sur divers cartons. Nous avons pu calculer une section efficace participant a la rigidite globale du materiau en fonction de l'orientation de sollicitation. Le calcul de cette section nous a permis de calculer une contrainte et ainsi d'identifier par analyse des courbes contrainte/deformation les constantes elastiques. Les essais menes ont permis de verifier les conditions d'orthotropie qui justifient la modelisation retenue

L'utilisation de collections d'images pour les applications de vision par ordina- teur devient de plus en plus commune des nos jours. L'objectif principal de cette theÌse est d'exploiter et d'extraire des informations importantes d'images de sceÌnes d'exteìrieur aÌ partir de ce type de collections : l'illumination preìsente au moment de la prise, les proprieìteìs de reìflectance des mateìriaux composant les objets dans la sceìne et les proprieìteìs radiomeìtriques des appareils photo utiliseìs. Pour atteindre notre objectif, cette theÌse et composeì de deux parties principales. Dans un pre- mier temps nous allons reìaliser une analyse de diffeìrentes repreìsentations du ciel et une com- paraison des images baseìe sur l'apparence de celui-ci. Une grande partie de l'information visuelle perçue dans les images d'exteìrieures est due aÌ l'illumination en provenance du ciel. Ce facteur est repreìsenteì par les rayons du soleil reìfleìchis et reìfracteìs dans l'atmospheÌre en creìant une illumination globale de l'environnement. En même temps cet environnement deìtermine la façon de percevoir les objets du monde reìel. Eìtant donneì l'importance du ciel comme source d'illumination, nous formulons un processus geìneìrique en trois temps, segmentation, modeìlisation et comparaison des pixels du ciel, pour trouver des images similaires en se basant sur leurs apparences. Diffeìrentes meìthodes sont adopteìes dans les phases de modeìlisation et de comparaison. La performance des algorithmes est valideìe en trouvant des images similaires dans de grandes collections de photos. La deuxieÌme partie de cette theÌse consiste aÌ exploiter l'information geìomeìtrique addition- nelle pour en deìduire les caracteìristiques photomeìtriques de la sceÌne. A partir d'une structure 3D reìcupeìreìe en utilisant des meìthodes disponibles, nous analysons le processus de forma- tion de l'image aÌ partir de modeÌles simples, puis nous estimons les parameÌtres qui les reìgis- sent. Les collections de photos sont geìneìralement captureìes par diffeìrents appareils photos, d'ouÌ l'importance d'insister sur leur calibrage radiomeÌtrique. Notre formulation estime cet eìtalonnage pour tous les appareils photos en même temps, en utilisant une connaissance a priori sur l'espace des fonctions de reìponse des cameìras possibles. Nous proposons ensuite, un cadre d'estimation conjoint pour calculer une repreìsentation de l'illumination globale dans chaque image, l'albedo de la surface qui compose la structure 3D et le calibrage ra- diomeìtrique pour tous les appareils photos.

L'utilisation de collections d'images pour les applications de vision par ordinateur devient de plus en plus commune des nos jours. L'objectif principal de cette thèse est d'exploiter et d'extraire des informations importantes d'images de scènes d'extérieur a partir de ce type de collections : l'illumination présente au moment de la prise, les propriétés de reflectance des matériaux composant les objets dans la scène et les propriétés radiométriques des appareils photo utilisés. Pour atteindre notre objectif, cette thèse est composée de deux parties principales. Dans un premier temps nous allons réaliser une analyse de différentes représentations du ciel et une comparaison des images basée sur l'apparence de celui-ci. Une grande partie de l'information visuelle perçue dans les images d'extérieures est due a l'illumination en provenance du ciel. Ce facteur est représenté par les rayons du soleil réfléchis et réfractés dans l'atmosphère en créant une illumination globale de l'environnement. En même temps cet environnement détermine la façon de percevoir les objets du monde réel. Etant donné l'importance du ciel comme source d'illumination, nous formulons un processus générique en trois temps, segmentation, modélisation et comparaison des pixels du ciel, pour trouver des images similaires en se basant sur leurs apparences. Différentes méthodes sont adoptées dans les phases de modélisation et de comparaison. La performance des algorithmes est validée en trouvant des images similaires dans de grandes collections de photos. La deuxième partie de cette thèse consiste a exploiter l'information géométrique additionnelle pour en déduire les caractéristiques photométriques de la scène. A partir d'une structure 3D récupérée en utilisant des méthodes disponibles, nous analysons le processus de formation de l'image a partir de modèles simples, puis nous estimons les paramètres qui les régissent. Les collections de photos sont généralement capturées par différents appareils photos, d'où l'importance d'insister sur leur calibrage radiométrique. Notre formulation estime cet étalonnage pour tous les appareils photos en même temps, en utilisant une connaissance a priori sur l'espace des fonctions de réponse des caméras possibles. Nous proposons ensuite, un cadre d'estimation conjoint pour calculer une représentation de l'illumination globale dans chaque image, l'albedo de la surface qui compose la structure 3D et le calibrage radiométrique pour tous les appareils photos
The main objective of this thesis is to exploit the photometric information avail- able in large photo collections of outdoor scenes to infer characteristics of the illumination, the objects and the cameras. To achieve this goal two problems are addressed. In a preliminary work, we explore opti- mal representations for the sky and compare images based on its appearance. Much of the information perceived in outdoor scenes is due to the illumination coming from the sky. The solar beams are reflected and refracted in the atmosphere, creating a global illumination ambiance. In turn, this environment determines the way that we perceive objects in the real world. Given the importance of the sky as an illumination source, we formulate a generic 3–step process in order to compare images based on its appearance. These three stages are: segmentation, modeling and comparing of the sky pixels. Different approaches are adopted for the modeling and comparing phases. Performance of the algorithms is validated by finding similar images in large photo collections. A second part of the thesis aims to exploit additional geometric information in order to deduce the photometric characteristics of the scene. From a 3D structure recovered using available multi–view stereo methods, we trace back the image formation process and estimate the models for the components involved on it. Since photo collections are usually acquired with different cameras, our formulation emphasizes the estimation of the radiometric calibration for all the cameras at the same time, using a strong prior on the possible space of camera response functions. Then, in a joint estimation framework, we also propose a robust computation of the global illumination for each image, the surface albedo for the 3D structure and the radiometric calibration for all the cameras

La première partie de cette étude traite des interactions entre Hg(II) et des silices mésoporeuses à structure organisée, fonctionnalisées par des groupements thiol. L'influence du type de structure (hexagonale ou cubique), du mode de fonctionnalisation (co-condensation in situ ou greffage post-synthèse), du taux de fonctionnalisation et de la taille des pores sur la capacité de fixation des matériaux et la diffusion de Hg(II) dans les mésopores ont été examinés. L'utilisation de milieux de compositions variées (pH, cations métalliques potentiellement interférents) permet d'envisager des applications environnementales en extraction solide-liquide, ou bien dans le développement de capteurs ampérométriques de Hg(II). Dans une seconde partie, le comportement électrochimique de silices mésoporeuses fonctionnalisées par des groupements ferrocène a été étudié, les réactions de transfert électronique au sein de ces systèmes impliquant vraisemblablement un mécanisme par saut d'électrons
The first part of this study deals with the interactions between Hg(II) and mesoporous silicas displaying an organized structure and functionalized by thiol groups. The influence of the structure type (hexagonal or cubic), the way of functionalization (in situ co-condensation or post-synthesis grafting), the functionalization level and the pore size on the sorption capacities and Hg(II) transport rates were examined. The use of various composition media allows the development of some environmental applications, in solid-liquid extraction for instance, or in new amperometric sensors for Hg(II). In a second part, the electrochemical behaviour of mesoporous silicas functionalized by ferrocene groups was studied. The electron transfer reactions inside such systems imply probably a mechanism by electron hopping

Les EPDM (Ethylène Propylène Diène Monomère) sont employés comme isolants des câbles électriques des centrales nucléaires. En raison de l’environnement radioactif, ils se dégradent plus rapidement qu’en environnement classique. La détermination de leur durée de vie est donc un enjeu industriel important. Pour y parvenir, ce travail a d’abord consisté à déterminer l’influence de la composition des EPDM sur leurs cinétiques de dégradation. Ainsi, deux EPDM de composition chimique différente ont été irradiés sous rayonnement en présence d’oxygène. Les suivis de la fraction soluble et de la densité de chaines actives en fonction de la dose, ont permis de mettre en évidence une dégradation par réticulation et coupures de chaines. A partir de modèles statistiques, les cinétiques de ces deux processus ont pu être estimées : la réticulation dépend de la proportion en ENB résiduels tandis que les coupures de chaines sont indépendantes de la composition chimique et du degré de réticulation initial. De plus, au - delà d’une certaine dose, les nœuds de réticulation semblent progressivement détruits. Nous nous sommes ensuite intéressés aux conséquences de l’irradiation sur les propriétés mécaniques et ce, d’abord à 80°C, pour s’affranchir de la présence de cristallites. Si dans tous les cas, l’irradiation conduit à une décroissance de la contrainte à la rupture, nos matériaux montrent une déformation à rupture qui augmente avec la dose contrairement aux matériaux de Planès et al. Pour s’affranchir du rôle des hétérogénéités sur l’initiation de fissure, les propriétés mécaniques d’éprouvettes entaillées ont ensuite été étudiées. L’énergie de déchirement est corrélée à l’énergie de rupture des matériaux entaillés et peut être décrite par le modèle de Lake et Thomas, à condition de prendre en compte la longueur réelle entre nœuds de réticulation des matériaux irradiés. Aussi, les propriétés en rupture de tous les matériaux sont améliorées quand ils sont étudiés à 25°C et la présence de cristallites masque les conséquences de la dégradation ; cet effet est ici très marqué en raison d’une importante chimie - cristallisation. Des EPDM chargés ATH ont alors été étudiés. Nos résultats confirment une accélération de la dégradation par les ATH, dépendant de la surface spécifique des charges. La compréhension des propriétés en rupture des composites s’avère complexe car la rupture peut être entrainée par divers processus en compétition. L’évolution des propriétés mécaniques des composites testés à 25°C est, comme pour la matrice pure, dépendante de l’évolution de la cristallinité et des propriétés de la phase amorphe. Enfin, ce travail remet en cause la pertinence des critères de durée de vie actuellement utilisés dans l’industrie. Les énergies de rupture étant plus directement corrélées aux paramètres microstructuraux, ne faudrait-il pas plutôt considérer ce paramètre comme critère?
EPDM (EThylene Propylene Diene Monomer) are used as insulation for electrical cables in nuclear plants. Because of the radiative environment, the degradation of these cables is accelerated and a strong industrial challenge consists in the prediction of the cables lifetime. To address this crucial industrial concern, we first looked into the influence of the chemical composition of EPDM on their kinetics of degradation. To do so, two EPDM with different chemical compositions have been irradiated under radiations and in the presence of oxygen. The soluble fraction and the active chain density have been monitored as a function of the irradiation dose, and revealed the degradation by cross-linking and chain scissions. Furthermore, the kinetics of these mechanisms have been estimated based on statistical models: the cross-linking kinetics depends on the residual ENB content while the chain scission kinetics vary neither with the chemical composition nor the initial cross-linking degree. Moreover, beyond an irradiation dose, the cross-links are progressively broken. The mechanical performances were then studied at 80°C to prevent crystallinity. If the irradiation induces a decrease of the stress at break, the materials show an increase of the strain at break conversely to the EPDM systems studied by Planès et al. The mechanical properties of notched samples have then been employed in order prevent heterogeneities driven crack initiation. The tearing energy measured was correlated with the failure energy of notched samples andcan be described by the Lake and Thomas model with account for the real length between cross-links. The same study has then been performed at 25°C where the properties at break are seen to improve. Such improvements despite irradiation confirm that crystallites attenuate the degradation. This effect is more pronounced for the current set of materials because of a strong chemi-crystallisation. The addition of ATH fillers has been studied as well, showing an acceleration of the matrix degradation with the specific surface of the fillers. The understanding of the mechanical properties at break of filled materials seems complex because the failure can be obtained by various competing processes. Nevertheless, the matrix chemical nature can be mentioned as an important factor since the difference between the matrix mechanical properties and the matrix-filler interface properties will trigger the creation of macro-defects at the origin of failure. As for the neat matrix, the evolution of the composites mechanical properties tested at 25°C depends on the evolutions of both the crystallinity and the amorphous phase. More generally, this work questions the relevance of the actual lifetime criterion used in the industry. The energies at break are more directly correlated to the microstructural parameters and thus could correspond to a relevant criteria for predicting these systems lifetime

L'objectif de cette thèse est l'élaboration et la caractérisation mécanique, structurale et morphologique de couches minces de TiC et TiCN et des multicouches nanométriques de type céramique/céramique par la technique de pulvérisation cathodique RF. Une attention particulière est dédiée aux couches minces de TiC et de TiCN de part une large utilisation comme revêtements durs et anti-usure. Le dépôt stœchiométrique des couches minces de TiC est atteint par pulvérisation cathodique RF sur des substrats orientés (100) à la température ambiante et à partir d'une cible stœchiométrique de TiC. %. Les analyses XPS n'ont pas montré une véritable solubilité du système Ti(C,N) comme le prévoit le diagramme de phase. En effet, la forte réactivité du titane avec l'azote empêche la formation de TiCN stœchiométrique. La modulation de la composition des multicouches est vérifiée même pour la plus faible période (L=5 nm)
The objective of this thesis consists in performing by reactive sputtering RF nanomaterials: TiC, TiCN single layers, Ceramic/Ceramic multilayers in order to study the microstructure, the structure, morphologic and mechanical properties of these thin films. A particular attention is devoted to TiC and TiCN thin layers because of their exceptional wear resistance and hard coatings. Thin stoechiometric films of TiC were successfully prepared by cathodic sputtering using a composed TiC target at the ambient temperature. XPS Analyses did not show a true solubility of the Ti(C, N) system as the phase diagram envisages it. So, Carbonitride TiC1-xNx of Ti did not form even by reaction under N2 gas environment implying higher thermodynamic stability of TiN than TiC. Lastly, we deposited multi-layer titanium carbonitrides by alternating hard and soft layers to obtain a reinforcement of mechanical properties. The composition modulation is confirmed even at the lowest period (L=5 nm)

L’objectif de ce travail consiste à élaborer des nouveaux matériaux comme métal poreux polymère composite (MPPC) à structure interpénétrée et à caractériser ses comportements mécaniques sous des sollicitations statiques et dynamiques. Nous avons mis au point dans un premier temps une technique d’infiltration à pression négative pour élaborer la mousse d’aluminium pure à cellules ouvertes et ensuite les composites MPPC. Les observations optiques nous ont permit d’analyser les structures avec multi-échelles. Nous avons caractérisé les matériaux en compression uniaxiale afin d’étudier les influences des paramètres de structure sur les réponses mécanique en compression, en associant avec l’observation au MEB. Les résultats expérimentaux du module élastique ont été comparés avec les modèles analytiques. Ces résultats obtenus sont tout à fait dans le cadre des bornes proposé dans la littérature. Deuxièmement, nous avons étudié le comportement à l’indentation des matériaux. La relation entre la réponse d’indentation, la taille et la géométrie du pénétrateur ont été mises en évidence. La taille et la forme de la zone densifiée ont été observées et modélisées par des modèles analytiques et la méthode numérique. La dernière partie concerne le comportement en choc des matériaux. Les influences de paramètres de structure et les conditions d’essais sur le comportement en choc ont été mises en lumière
The objectives of this work consist to manufacture new metal porous polymeric composites (MPPC) with interpenetrated structure and to characterize their mechanical behaviors under statical and dynamic loading. Firstly, we developed a technique of infiltration under a negative pressure to manufacture the open cell aluminium foams and MPPC. The optic observations were carried out in multi-scale. The characterizations of materials were carried out under uniaxial compression. The influences of the structural parameters on the compressive behaviors were clarified by SEM observations during compression. The elastic module was compared with the analytical models. These results obtained are completely restructed between the boundaries proposed in the literature. Secondly, the behaviors of indentation were studied. The relations between the response of indentation and the size and the geometry of plunger tip were illustrated. The size and the shape of the densification zone were observed and modelled by analytical models and the finite element simulation. Finally, the behaviour of impact was studied. The influences of experimental conditions and structural parameters on the behaviors of impact were illuminated

L'utilisation des Bétons autoplaçants (BAP) s'est considérablement développée au cours des dernières années et une attention grandissante est portée à l'étude de leurs propriétés mécaniques à l'état durci. Les spécificités de formulation de ces bétons (volume de pâte important, dosage élevé en additions minérales, rapport G/S (Gravillons/Sable) proche de 1,. . . ) liées à leurs exigences de mise en oeuvre pourraient modifier leur comportement mécanique à l'état durci, comparativement aux bétons traditionnels vibres. Le comportement des BAP à haute température doit en particulier être évalué. Les matériaux testés sont 3 bétons de résistance courante dont 2 BAP et un BV. La particularité des BAP est le volume de pâte important. Des essais mécaniques (résistance à la compression, à la traction par flexion 4 points et mesure du module d'élasticité) ont été réalisés. Parallèlement à cela, la détermination de la porosité à l'eau, de la densité apparente, de la perte de masse ainsi que de la perméabilité aux gaz ont été étudiées. De plus, des observations microscopiques couplées à des analyses d'image et des analyses thermiques aident à préciser les causes physico-chimiques des phénomènes macroscopiques observes. Les résultats expérimentaux montrent des comportements significatifs entre les BAP et BV. Les essais de résistance à la compression ont permis de distinguer un gain de résistance entre 150 et 300°C. Ce gain est expliqué par une réhydratation de la matrice cimentaire due à la migration de l'eau à travers les pores pour les BAP, mais aussi à de meilleures propriétés liantes des hydrates formés. La réhydratation concerne les éléments anhydres de la pâte de ciment. Parallèlement à cette étude, un travail en collaboration avec l'Université d'Alabama concernant le comportement à haute température des bétons autoplaçants de granulats légers a été réalisé. Cette étude a permis de caractériser les propriétés mécaniques et les propriétés physico-chimiques de BAP de granulats légers (fabriques a Université d'Alabama (USA). Pour cela, des éprouvettes prismatiques et cylindriques ont subi deux traitements thermiques différents : un chauffage de type incendie ISO-834 et un chauffage lent à 1°C/min. A travers cette étude, les BAP GN ont présenté une meilleure stabilité thermique a un incendie ISO-834. En ce qui concerne les propriétés physico-chimiques, nous avons constaté une similitude des comportements entre BAP GL et BAP GN du point de vue de la porosité, densité, analyses thermiques. Néanmoins, une diminution de la porosité est observe à 400°C. Elle peut être attribuée à un retrait des éprouvettes causant une diminution de volume. D'un point de vue mécanique, les BAP GL présentent une meilleure résistance résiduelle à la compression et à la flexion que le BAP GN. Donc, l'utilisation de GL améliore le comportement mécanique résiduel
The use of Self-consolidating concrete (SCC) has considerably developed during the last years and a growing attention has been brought to the study of its mechanical properties at hardened state. The mixture proportions of SCC (large paste volume, high content of mineral admixtures, coarse to fine aggregates ratio close to 1,. . . ) in relation with its placing conditions could modify its mechanical behaviour, comparatively to traditional vibrated concrete. The behaviour of SCC subjected to high temperature has in particular to be evaluated. The materials tested are 3 concretes which 2 SCC and a TC (Traditional concrete). The characteristic of SCC is the important volume. Mechanical tests (Compressive strength, flexural strength and modulus of elasticity) were realized. Alongside that, the water porosity, apparent density, loss of mass as well as gas permeability allowed having additional parameters to characterize the behaviour. But, microscopic observations coupled with images analyses and thermal analyses help to have a vision more physical and chemical of the behaviour. The experimental results show significant behaviours between the SCC and TC. The compressive strength allowed distinguishing an increase in compressive strength between 150 and 300°C. This increase is explained by a rehydration of the cement paste due to water migration through the pores for the SCC, and also by the creation of stronger hydrates. The rehydration concerned the anhydrous elements of the cement paste. Alongside this study, a work in collaboration with the University of Alabama concerning the behaviour at high temperature of lightweight self-compacting concrete (LW-SCC). This study allowed characterizing the mechanical properties and the physico-chemical properties of lightweight self-compacting concrete (made in University of Alabama (USA). For that, prismatic and cylindrical specimens underwent two different thermal treatments : a fire ISO-834 and a slow heating to 1°C/min. Through this study, the LW-SCC presented a better thermal stability to a fire ISO-834. About physico-chemical properties, we noted a behaviour similarity between LW-SCC and SCC in water porosity, density, thermal analyses. Nevertheless, a decrease in porosity is observed at 400°C. It can be attributed to a shrinkage due to a decrease in volume. About mechanical properties, LW-SCC present a better residual compressive and residual flexural strength than SCC. Therefore, lightweight aggregates improves the residual mechanical behaviour

A l'heure actuelle, pour des raisons economiques, les composants en beton sont majoritairement prefabriques dans des unites industrielles ; les cadences de production sont accelerees en ayant recours au chauffage des pieces, afin d'activer leur durcissement: c'est le principe meme de la thermomaturation. La maitrise d'un tel procede est complexe: difficile quantification des apports et pertes energetiques, presence de reactions chimiques tres exothermiques qui induisent de forts couplages thermochimiques au sein du beton frais, l'objectif de la presente etude s'inscrit dans la thematique du genie des procedes: a partir d'une approche de modelisation, on cherche a evaluer les transferts thermochimiques dans le beton frais. Une approche systeme aboutit a la deduction de modeles phenomenologiques decrits par des equations d'etat non lineaires. La modelisation de la cinetique d'hydratation du ciment, ainsi que l'etude de l'action catalytique de la temperature, ont fait l'objet de developpements theoriques approfondis. La resolution numerique du systeme d'equations d'etat couplees a ete possible en utilisant la technique des elements finis, associee a un schema temporel de type predicteur-correcteur. Des etudes de sensibilite parametrique ont mis en evidence la forte influence des apports energetiques et de l'exothermicite d'hydratation sur la fixation des champs de temperature. Tenant compte de ces resultats, des caracterisations experimentales ont ete menees: par microcalorimetrie pour la cinetique chimique, et mesure des temperatures sur un banc de production pour quantifier le chauffage. Apres identification des parametres influents des modeles, la bonne adequation entre simulations et mesures permet de conclure positivement quant a la pertinence de l'approche systeme retenue et a la representativite des modeles proposes

La recherche et le développement effectué sur les poutrelles en I à base de bois a souvent eu recours aux essais expérimentaux et à des méthodes empiriques. Le panneau OSB (oriented stand board – panneau de lamelles orientées) s’est révélé être adapté lorsqu’il est utilisé comme âme dans ces poutrelles. Cependant, notre compréhension du comportement de cette âme en OSB pourrait être améliorée afin de mieux comprendre le comportement de ces poutrelles et d’en optimiser le design. L’objectif général de cette étude était de développer un modèle numérique permettant de simuler le comportement des poutrelles en I à base de bois afin d’avoir une meilleure compréhension de l’impact des propriétés de l’âme sur l’ensemble du système. Cet objectif a été poursuivi en spécifiant les trois objectifs spécifiques suivants : • Identifier les propriétés mécaniques de l’âme qui devraient être déterminées de manière expérimentale en fonction de leur impact sur la déflection des poutrelles et sur les déplacements relatifs causés par le cisaillement dans l’âme. • Déterminer les propriétés mécaniques requises pour l’âme en OSB, ainsi que leur variabilité, dans le développement d’un modèle numérique simulant les poutrelles en I en flexion. • Déterminer l’impact de la variabilité des propriétés mécaniques de l’âme en OSB sur le comportement en flexion des poutrelles en I. Pour identifier les propriétés mécaniques de l’âme importantes à être déterminées, une étude de sensibilité d’un modèle numérique basé sur la méthode par éléments finis (MEF) a été effectuée. Les propriétés mécaniques de l’âme ont été changées tour à tour dans le modèle, passant de 50% à 200% d’une valeur de référence pour déterminer leur impact sur la déflection de la poutrelle et sur le déplacement relatif en cisaillement dans l’âme. Le modèle s’est révélé être avant tout sensible au module de cisaillement dans le plan du panneau en modifiant la déflection de la poutrelle jusqu’à 23%. Le modèle s’est aussi montré sensible aux modules d’élasticité en tension de l’âme en OSB en directions parallèle et perpendiculaire à la longueur des poutrelles. La déflection de la poutrelle a respectivement été modifiée de 2% et 1% lorsque ces propriétés ont étés modifiées. Pour déterminer les propriétés mécaniques de l’âme en OSB requises et précédemment identifiées comme importantes ou sensibles du modèle pour l’âme en OSB, une méthodologie a été élaborée afin de déterminer les relations qui relient certaines propriétés mécaniques de l’OSB en fonction de la masse volumique de petits échantillons . Des panneaux OSB (n=40) ont d’abord étés scannés par rayons X afin de mesurer la masse volumique et d’en cartographier la variation dans le plan du panneau. Des échantillons ont étés découpés à partir de zones de masse volumique homogène selon trois orientations différentes (parallèle, perpendiculaire et à 45° par rapport à l’axe fort du panneau) afin de mesurer trois propriétés mécaniques requises pour un modèle élastique simulant l’âme en OSB d’une poutrelle en I : Les modules d’élasticité (MOE) parallèle et perpendiculaire à l’axe fort du panneau et le module de cisaillement (G). Étant donnée la faible taille des échantillons, le module de cisaillement à été déterminé suivant une équation de la mécanique des solides en utilisant une combinaison de MOE en tension dans le plan, incluant le MOE à 45°. Les résultats ont montré une forte relation entre la masse volumique de l’OSB et les propriétés mécaniques : les coefficients de détermination (R2) variant de 0,57 à 0,79. Cela a fourni les informations nécessaires pour inclure les propriétés mécaniques de l’OSB en fonction de la masse volumique dans un modèle simulant l’âme des poutrelles en I. Basé sur les équations de régression linéaire entre les propriétés mécaniques et la masse volumique, des augmentations de 207% du MOE en tension dans la direction parallèle, de 187% dans la direction perpendiculaire et de 172% à 45° ont été obtenues en passant de 600 à 900 kg/m3. L’équation utilisée pour déterminer le module de cisaillement s’est révélée juste et fiable. Finalement, pour déterminer l’impact de la variabilité des propriétés mécaniques de l’âme en OSB sur le comportement en flexion des poutrelles en I, plusieurs séries de simulations ont été effectuées. En premier lieu, la flèche et les déplacements relatifs en cisaillement dans l’âme ont été comparés à des résultats de simulation considérant une âme homogène et des résultats d’essais en laboratoire. Les résultats de simulation se sont révélés être près de ceux du laboratoire avec des différences de déflection se situant entre 9 et 24%. Les déplacements relatifs en cisaillement ont cependant été surestimés par le modèle. Les différences étaient potentiellement dues à la variabilité locale de masse volumique et des propriétés physiques et mécaniques l’OSB. Cette variabilité a été spécifiée dans le modèle en se basant sur les relations entre la masse volumique et les propriétés mécaniques de l’OSB préalablement établies. Les résultats de simulation considérant la variabilité des propriétés ont étés comparés avec d’autres considérant l’OSB comme étant homogène. La distribution des déplacements relatifs en cisaillement a été modifiée dans tous les cas et la flèche a en moyenne légèrement augmenté (moins de 1%). En se basant sur la relation entre la masse volumique et les propriétés mécanique des panneaux OSB, l’effet du profil de masse volumique selon l’épaisseur du panneau OSB a été considéré dans la simulation. Une augmentation de la flèche de l’ordre de 1% a été observée ainsi qu’un déplacement latéral de la semelle inférieure lorsque le profil de masse volumique vertical a été pris en compte. Il ressort de cette étude que l’OSB, en tant que matériau, a des propriétés mécaniques grandement variables à une échelle relativement petite. Ces propriétés, dont la plus influente est le module de cisaillement dans le plan du panneau, n’ont cependant pas un impact majeur sur le comportement des poutrelles en I en flexion dans le domaine élastique.
Research and development of wood I-joist design has often relied on laboratory testing and on empirical approach. Oriented strand board (OSB) has been used successfully as web material but its behavior within the I-joist needs to better be defined in order to improve wood I-joist design. The overall objective of this study is to develop a model that would simulate the deflection and shear strain of a wood I-joist in bending and to develop a better understanding of the web properties impact on the overall I-joist bending behavior. This was pursued by specifying three specific objectives: • Identify web mechanical properties that should be determined experimentally due to their impact on I-joist deflection and shear strain. • Determine the OSB web mechanical properties, including their variability, required to develop a finite element model of wood I-joist bending behavior. • Determine the impact of OSB physical and mechanical properties variability on I-joists bending behavior. To determine which OSB properties have higher impact on I-joist shear strain and deflection, a sensitivity study was performed with a finite element method (FEM) based model. The OSB mechanical properties were changed in a numerical model from 50% to 200% of the reference value to determine their impact on web shear strain and I-joist deflection. The model was primarily sensitive to in-plane web shear stiffness, which changed I-joist deflection up to 23%. The model was also sensitive to the web tensile modulus of elasticity parallel and perpendicular to joist length. These properties changed I-joist deflection up to 2% and 1%, respectively. The important or sensitive OSB web mechanical properties were determined by a methodology developed to obtain reliable mechanical properties of I-joists OSB web, including variability. OSB panel samples were scanned by X-rays to measure in-plane density variation. Specimens were cut from pre-defined homogeneous density areas in three different orientations (parallel, perpendicular, and diagonal to the strong axis) to measure three basic elastic properties required for an elastic model of I-joists OSB web: modulus of elasticity (MOE) parallel and perpendicular to the panel’s strong axis and shear modulus (G). Given the required small specimen size, shear modulus was determined using a combination of in-plane tensile MOEs, including MOE at 45 degrees. The results showed a strong relationship between OSB density and small-scale mechanical properties: coefficients of determination (R2) varied between 0.57 and 0.79. This provided information on I-joist OSB web mechanical properties as a function of density for input into a numerical model. Properties showed considerable variability in the 600–900 kg/m3 density range, with a 207% increase in tensile modulus of elasticity in the parallel direction, 187% in the perpendicular direction, and 172% at 45°. The mechanics-based OSB shear modulus equation used proved to be reliable. Finally, to determine the impact of OSB mechanical properties variability on I-joists bending behaviour, a series of simulations were performed. The inclusion OSB web heterogeneous properties over wood I-joist behavior in bending was investigated. The shear strain in the web and the I-joist deflection from full scale experimental results were first compared with model output considering homogeneous OSB web. Results showed a good correlation between simulated and full scale experimental bending test results values with deflection differences ranging from 9 to 24%. However, the model overestimated the shear strain. These differences were potentially due to the OSB local variability of density and mechanical properties. Based on a previously established density/properties relationship and on web OSB in-plane density mapping, OSB property heterogeneity was considered in the model. Simulation results including heterogeneous OSB properties (n=100) were then compared with those considering homogeneous properties (n=100). Shear strain distribution was altered in the web and a small (less than 1%) increase in deflection was observed. Based on density measured across the OSB web thickness and on the established density/properties relationship, simulations were performed to evaluate the effect of the vertical density profile on the simulated I-joist. A 1% deflection increase was observed as well as a lateral displacement of the bottom flange.

La contrainte d'écoulement des matériaux cristallins dépend de la taille des grains selon la loi de Hall-Petch. Dans ce travail, une modélisation multiéchelle de l'effet de taille utilisant la méthode autocohérente généralisée sera présentée en vue de prédire le comportement viscoplastique d'un matériau nanocristallin cubique à face centrée. Dans notre démarche, on modélise séparément les mécanismes supposés actifs dans les nanomatériaux ce qui permet d'augmenter graduellement le raffinements de nos approches. Dans les modèles ainsi élaborés, l'inclusion représente le coeur du grain et la matrice représente le joint du grain et les triples jonctions réunis. Différentes approches seront discutées et étudiées afin de modéliser le comportement dit anormal des nanomatériaux. Nous verrons en particuliers le mécanisme de déformation plastique basée sur le glissement des dislocations, la diffusion de lacunes, le mécanisme d'émission et de pénétration de dislocations par les joints de grains et enfin le mécanisme de glissement des joints de grains où l'interface grain/joint de grains joue un rôle considérable lors du glissement pouvant engendrer la décohésion de l’interface par le mécanisme de stick-slip
The yield stress of crystalline materials depends on the grain size accordhg to the Hall-Petch relationship. In this work, a multi scale modeling of the effect of size using the generalized self-cbnsistent method will be presented in order to predict the viscoplastic behavior of nanocrystalline materials. In our step, one,models the supposed active mechanisms separately in the nanomatenals. In the models thus worked out, inclusion iegresents the grain core and the matrix represents the grain boundaries and triple junctions. Various approaches will be discussed and studied in order to mode1 the abnormal behavior of the nanocrystalline materials. 'We will study the dislocation glide mechanism as well as Coble creep the emission and penetration mechanism of dislocations by the grain boundaries and finally the grain boundaries sliding mechanism where the interface grain corelgrain boundary plays a considerable part of the slip which can generate the damage of the interface by stick-slip mechanism

Ce travail présente l'élaboration de nanocomposites conducteurs polymère/nanofils métalliques, faiblement chargés afin de conserver les propriétés mécaniques initiales de la matrice polymère. Un travail préalable d'élaboration de nanofils métalliques conducteurs est réalisé avec différents types de métaux. Ces nanofils conducteurs sont ensuite incorporés dans une matrice thermoplastique isolante de P(VDF-TrFE). Les propriétés mécaniques sont conservées pour un taux de charge inférieur à 5 %vol. Pour les nanocomposites conducteurs situés au-delà du seuil de percolation (0,75 à 2 %vol), une conductivité électrique de 10² S/m est relevée. L'influence du facteur de forme, du métal utilisé, de l'évolution de la cristallinité, de la méthode de mise en œuvre des nanocomposites sont discutés afin d'interpréter les valeurs obtenues
This work shows the elaboration of electrical conductive nanocomposites polymer/metallic nanowires, low filled to preserve the mechanical properties of the polymer matrix. Conductive metallic nanowires were performed with different kind of metals. These conductive nanowires are inserted into an electrical insulator thermoplastic matrix P(VDF-TrFE). The mechanical properties are maintained for filler content below 5 % vol. Above the percolation threshold (0. 75 % volume) the conductive nanocomposites reach a value of electrical conductivity near 10² S/m. The influence of the aspect ratio, metal, crystallinity and process are discussed to interpret the values observed

Ce travail de thèse décrit l'application de méthodes d'analyse innovantes à la caractérisation des propriétésmécaniques et électriques de matériaux composites.Le Chapitre premier dresse un état de l'art des fondamentaux théoriques et pré requis nécessaires à lacompréhension du manuscrit. Un regard critique permet de dégager une stratégie pour l'analyse, basée d'une partsur des méthodes holographiques numériques et d'autre part sur des techniques de mesure diélectrique.Le Chapitre second est dédié au choix de la méthode d'holographie numérique. En particulier, la configurationimage montre quelques particularités qui sont analysées en détail : le rôle du diaphragme d'ouverture du systèmed'imagerie. Nous concluons que la méthode d'holographie de Fresnel présente des avantages d'achromatismepour les applications avec plusieurs longueurs d'onde.Le 3ème Chapitre présente deux applications de l'holographie numérique au contrôle de structures compositesincorporées avec des pastilles piézoélectriques dédiées à l'émission acoustique. Nous avons démontré en premiertemps, la possibilité d'analyser par holographie numérique de Fresnel en temps moyenné le comportementvibratoire des poutres composites excitées harmoniquement. Dans un second temps, on a montré que les pastillesutilisées influencent le comportement mécanique des matériaux en régime statique.Le Chapitre 4 présente l'analyse expérimentale et numérique des structures composites soumises à un essai decisaillement en flexion trois points rapprochés. Nous présentons les résultats obtenus pour des applications à deséchantillons lin/époxy et lin/carbone/époxy.Le 5ème Chapitre aborde l'analyse des propriétés diélectriques des composites renforcés par fibres de lin. Deuxtechniques expérimentales sont mises en oeuvre : la calorimétrie différentielle à balayage (DSC) et l'impédancemètre de type Novocontrol. Nous concluons que les fibres de lin seules dans le composite sont moinshydrophiles que celles incorporées avec des fibres de carbone, ce qui explique la meilleure adhérencefibres/matrice dans le premier cas.

L'utilisation des Bétons autoplaçants (BAP) s'est considérablement développée au cours des dernières années et une attention grandissante est portée à l'étude de leurs propriétés mécaniques à l'état durci. Les spécificités de formulation de ces bétons (volume de pâte important, dosage élevé en additions minérales, rapport G/S (Gravillons/Sable) proche de 1, . . .) liées à leurs exigences de mise en oeuvre pourraient modifier leur comportement mécanique à l'état durci, comparativement aux bétons traditionnels vibres. Le comportement des BAP à haute température doit en particulier être évalué. Les matériaux testés sont 3 bétons de résistance courante dont 2 BAP et un BV. La particularité des BAP est le volume de pâte important. Des essais mécaniques (résistance à la compression, à la traction par flexion 4 points et mesure du module d'élasticité) ont été réalisés. Parallèlement à cela, la détermination de la porosité à l'eau, de la densité apparente, de la perte de masse ainsi que de la perméabilité aux gaz ont été étudiées. De plus, des observations microscopiques couplées à des analyses d'image et des analyses thermiques aident à préciser les causes physico-chimiques des phénomènes macroscopiques observes. Les résultats expérimentaux montrent des comportements significatifs entre les BAP et BV. Les essais de résistance à la compression ont permis de distinguer un gain de résistance entre 150 et 300°C. Ce gain est expliqué par une réhydratation de la matrice cimentaire due à la migration de l'eau à travers les pores pour les BAP, mais aussi à de meilleures propriétés liantes des hydrates formés. La réhydratation concerne les éléments anhydres de la pâte de ciment. Parallèlement à cette étude, un travail en collaboration avec l'Université d'Alabama concernant le comportement à haute température des bétons autoplaçants de granulats légers a été réalisé. Cette étude a permis de caractériser les propriétés mécaniques et les propriétés physico-chimiques de BAP de granulats légers (fabriques a Université d'Alabama (USA)). Pour cela, des éprouvettes prismatiques et cylindriques ont subi deux traitements thermiques différents : un chauffage de type incendie ISO-834 et un chauffage lent à 1°C/min. A travers cette étude, les BAP GN ont présenté une meilleure stabilité thermique à un incendie ISO-834. En ce qui concerne les propriétés physico-chimiques, nous avons constaté une similitude des comportements entre BAP GL et BAP GN du point de vue de la porosité, densité, analyses thermiques. Néanmoins, une diminution de la porosité est observe à 400°C. Elle peut être attribuée à un retrait des éprouvettes causant une diminution de volume. D'un point de vue mécanique, les BAP GL présentent une meilleure résistance résiduelle à la compression et à la flexion que le BAP GN. Donc, l'utilisation de GL améliore le comportement mécanique résiduel.

Dans ce travail nous nous interessons aux composites constitues par la dispersion d'un polymere conducteur electronique intrinseque : la polyaniline (pani) dans une matrice polymere isolante : le polymethacrylate de methyle (pmma). Ces materiaux sont une realisation exemplaire de systemes a tres faible seuil de percolation electrique. La comprehension des proprietes de transport electronique au voisinage de ce seuil renvoie d'une part aux proprietes intrinseques de la phase percolante, et d'autre part au phenomene de percolation. Nous exposons donc tout d'abord differents modeles decrivant le transport dans les milieux desordonnes et nous examinons leur pertinence dans le cadre des systemes de pani pure. Il apparait qu'un modele de sauts entre grains conducteurs faisant intervenir effet tunnel et activation thermique est bien adapte. Nous caracterisons ensuite la variation thermique de la conductivite de des composites et nous verifions que la loi d'echelle de la theorie de la percolation est suivie sur toute la gamme de temperature exploree (10-320 k). Alors que le seuil de percolation demeure constant, on obtient le resultat original d'un exposant critique augmentant continument lorsque la temperature diminue. Nous interpretons cette observation en invoquant la modification de la forme de la distribution de conductances locales et montrons qu'elle est coherente avec le modele de grains conducteurs precedemment cite. Enfin, un eclairage complementaire sur la structure et la morphologie de la phase de pani est apporte par des techniques d'imagerie directe et indirecte (notamment par analyse thermo-mecanique).

Les garnitures mécaniques sont des composants utilisés pour assurer l'étanchéité d'arbres tournants. Elles sont constituées principalement de deux anneaux plans (le rotor et le stator), dont l'interface, qui constitue la barrière d'étanchéité, est lubrifiée par un film fluide. Le fonctionnement optimal est obtenu en minimisant à la fois la fuite et l'usure. Cela correspond à une épaisseur de film de l'ordre du micromètre, et à un régime de lubrification mixte. L'étude bibliographique présentant l'état de l'art a permis de justifier l'utilisation d'une approche multi-échelles pour traiter le problème de lubrification mixte. Une autre partie de cette bibliographie a permis d'identifier les modèles thermiques à mettre en œuvre. Le modèle multi-échelles développé pour l'étude de la lubrification mixte des garnitures mécaniques est ensuite présenté. Ce dernier utilise les surfaces numériquement générées et consiste à décomposer le domaine d'étude en plusieurs sous-domaines. L'équation de Reynolds prenant en compte la cavitation dans le fluide est résolue par la méthode des volumes finis à l'échelle micrométrique dans les sous-domaines de même que le contact normal hertzien des aspérités. Une échelle macroscopique est introduite pour connecter les conditions aux limites aux bornes des sous-domaines. Un champ de pression macroscopique est ainsi obtenu en assurant la conservation globale du débit. Ce modèle prend également en compte, à l'échelle macroscopique, le comportement Thermo-Elasto-HydroDynamique (TEHD) dans les garnitures mécaniques. La discrétisation des équations de chaleur et de déformation est effectuée grâce à la méthode des éléments finis pour une géométrie axisymétrique. La validation du modèle multi-échelles est faite avec un modèle déterministe de lubrification mixte, d'une part, et d'autre part avec un modèle TEHD pour surfaces lisses précédemment développé au laboratoire. L'influence des paramètres caractérisant le comportement de la garniture est analysée au travers d'une étude paramétrique. Cette étude a permis d'identifier les différents régimes de lubrification dans lesquels l'épaisseur du film lubrifiant est contrôlée par la hauteur des rugosités ou par les déformations thermoélastiques des faces
Mechanical seals are sealing components used in rotating shafts. They are basically a set of two rings (the rotor and the stator), separated by a lubricant film that must be impervious. The optimum operation is obtained by minimizing both leakage and wear. This corresponds to a film thickness of approximately one micrometer and to a mixed lubrication regime. The literature review justified the choice of a multiscale approach to model a mixed lubrication process. A part of this literature allowed identifying the thermal models to use. A model of a mixed lubrication in mechanical seals based on a multiscale approach is presented. This uses numerical surface roughness and consists in dividing the studied area into sub-domains. The Reynolds equation, which takes into account the fluid cavitation is solved by mean of finite volumes method, at fine scale of the sub-domains, as the hertzian contact asperities. The macroscale is introduced to connect the boundaries conditions of the sub-domains. Then, the macroscale pressure distribution is obtained insuring the mass conservation law. The model also takes into account, at the macroscale step, the Thermo-Elasto-Hydro-Dynamic (TEHD) behaviour in mechanical seals. The discretization of heat and elasticity equations is performed using the finite element method for axisymmetric geometry. The multiscale model is first validated by comparing in to a deterministic model, and then to the TEHD model previously developed at the Pprime laboratory. The influence of the parameters characterizing the mechanical seal behaviour is analyzed through the parametric study. In this study, the different lubrication regimes are identified. The lubricant film thickness is controlled by the roughness or by the thermoelastic deformation of the faces

Ce mémoire porte sur l’analyse du canoë de béton de l’Université Laval, Apogée 2002. L’objectif principal est de comprendre le comportement du canoë sous les divers cas de chargement auxquels il est soumis. Un deuxième objectif est de déterminer des critères de conception pour ce type de structure. Ces critères et la compréhension du comportement serviront de base à la conception des prochains canoës. Ces objectifs sont atteints par un apport combiné de la modélisation et de l’expérimentation. Ce travail discute d’abord de la conception des mélanges de béton utilisés pour la construction du canoë de béton Apogée 2002. La caractérisation des propriétés physiques et mécaniques des composites qui ont servi à la construction de la structure est ensuite présentée. Puis, l’analyse du comportement structural du canoë et de ses sous-structures est réalisée à l’aide d’une analyse par éléments finis. Enfin, des essais in-situ sur le canoë sont effectués et les résultats sont comparés à ceux prédits par le modèle numérique. Les essais expérimentaux comprennent des essais statiques et dynamiques. Les essais dynamiques permettent de déterminer l’amplification des déformations causées par les coups de rame et les virages. Les critères de conception sont déterminés et présentés en fonction des résultats des analyses par éléments finis et finalement des essais expérimentaux.
This thesis presents bares the analyses of Laval University’s Apogee 2002 concrete canoe. The predominant objective is to investigate and understand the canoe’s reaction under various loading patterns. A second objective is to elaborate design criteria for these types of structures. These criteria and comprehension of the structural behavior will be used for the upcoming canoes. These objectives are achieved coalescing experimentation and modeling. The present work begins with the elaboration of the concrete design used for Apogee’s construction. The characterization of the physical and mechanical properties of the composites used in the structure follows. Additionally, the sub-structures of the canoe and the entire canoe’s structural reaction analyses are predicted fulfilled using a finite element software. Finally, in-situ tests are performed on the canoe and the results compared to that obtained with the numerical model. The experimentation comprised both static and dynamic tests. Dynamic testing is used to determine the strain amplification due to paddling and turning. The design criteria are determined and presented according to the results obtained from the finite element software followed by experimentation.
Inscrit au Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures

La caractérisation multi-échelle des préformes textiles en fibres naturelles est un moyen indispensable pour comprendre et évaluer les propriétés mécaniques et le comportement du composite. Dans cette étude, une caractérisation expérimentale multi-échelle est réalisée sur des tissus 3D interlock chaine en fibre de lin à l'échelle des fibres (micro), des mèches (méso), des tissus et des matériaux composites (macro). Les propriétés mécaniques en traction de la fibre de lin ont été déterminées en utilisant la méthodologie de l'IFBT. L'effet de la torsion a également été pris en compte dans le calcul de la rigidité de la fibre et a révélé les limites de la loi des mélanges et d'autres modèles. Des essais de traction sur des mèches sèches ont été effectués en considérant différents niveaux de torsion afin de déterminer le niveau de torsion optimal pour tisser 3D la mèche de lin. Les résultats révèlent l'importance de considérer les propriétés de la fibre et des mèches à ces échelles pour déterminer la matière première la plus adéquate pour le tissage. A l'échelle du tissu, dix sept tissus 3D interlocks chaines ont été réalisés pour comprendre l’influence des paramètres produits sur les paramètres textiles et sur le comportement mécanique. La caractérisation des structures tissées 3D interlock chaine montre le rôle prépondérant des mèches sur les propriétés structurelles et mécaniques. A l'échelle macroscopique suivante, les six structures résinées ont permis d'établir des relations entre les structures de renfort et les matériaux composites associés. Couplé à l'ensemble de ces études, une approche statistique a permis d'apporter une vision globale des paramètres produits qui influent sur les tissus 3D interlock chaine et les matériaux composites associés
The multi-scale characterisation of textile preforms made with natural fibres is a necessary method to understand and analyse the mechanical properties and behaviour of the composite. In this study, a multi-scale experimental characterisation is carried out on 3D warp interlock fabrics made with flax fibres at the fibre (micro), yarns (meso), fabric and composites (macro) scales. The mechanical tensile properties of the flax fibre were determined using the IFBT methodology. The twist effect was also taken into account in the calculation of fibre stiffness and revealed the limits of the rules of mixtures and some other models. Tensile tests on dry rovings were carried out considering different levels of twist, in order to determine the optimal twist level suited for 3D weaving process. The results reveal the importance of considering the properties of the fibre and the yarn at these scales to determine the most suitable material for weaving. At the fabric scale, seventeen 3D warp interlock fabrics were produced to understand the influence of product parameters on textile parameters and mechanical behaviour. The characterisation of 3D warp interlock woven structures shows the predominant role of yarns on structural and mechanical properties. On the following macroscopic scale, the six impregnated structures have enabled relationships to be established between the reinforcing structures and the associated composite materials. Coupled with these studies, a statistical approach provided a global vision of the product parameters that influence the 3D interlock warp interlock fabrics and the associated composite materials

Les nanocomposites suscitent un intérêt croissant depuis leur développement dans les années 90 par Toyota. Par conséquent, l'amélioration des propriétés de ce type de matériaux est un enjeu fort tant d'un point de vue fondamental qu'industriel. Cette amélioration peut passer par un choix pertinent des charges renforçantes ajoutées à la matrice notamment en ce qui concerne le type, la géométrie, la proportion et le traitement de ces charges. L’optimisation des paramètres d’élaboration du mélange y joue aussi un rôle important. L’objectif de ce travail est de contribuer à l’identification et à la compréhension des mécanismes à l'origine du renforcement des matrices thermoplastiques par des nanocharges. Cet aspect est abordé à travers l’étude des propriétés thermiques et mécaniques des nanocomposites formés d’une matrice Polyamide 12 (PA12) chargées par des nanoparticules d’argile organiquement modifiée. Plus précisément, nous avons analysé les effets de la fraction massique des charges et du vieillissement naturel sur les propriétés structurales, thermiques et mécaniques de ces nanocomposites. L’influence des conditions de mélangeage sur ces propriétés ont aussi été examinées. Nous avons particulièrement mis l’accent sur l’identification des liens qui existent entre les propriétés macroscopiques et la structure des nanocomposites. Nous avons aussi fait une étude comparative des propriétés viscoélastiques de ces matériaux à l'état fondu et à l'état solide, ce qui représente une des originalités forte de ce travail
Nanocomposites are interestingly growing since their development in the 1990s by Toyota Company. Therefore, improving the properties of such materials is a major issue from fundamental and industrial point of view. This improvement can pass through a relevant choice of reinforcing loads added to the matrix particularly regarding the type, geometry, the proportion, and the treatment of these fillers. The processing parameters of the mixture play also a key role. The objective of this work is to contribute to the identification and understanding of the mechanisms at the origin of the reinforcing thermoplastic matrices by nanofillers. This aspect presented through the study of the thermal and mechanical properties of nanocomposites formed by a polyamide 12 matrix (PA12) filled with organically modified clay nanoparticles. More specifically, we analysed the effects of the filler mass fraction and environmental aging on structural, thermal and mechanical properties of these nanocomposites. The mixing conditions on these properties were also examined. A particular attention has been paid to the study of relationships between the macroscopic properties and the structure of nanocomposites. Viscoelastic properties of these materials in both melt and solid states were compared, which represents one of the originalities of this work

Le procédé de placement robotisé de fibres sèches permet de réaliser des préformes fibreuses par juxtaposition et stratification de fils, destinées à la fabrication de pièces composites structurelles optimisées. Un pilote de laboratoire a été développé afin d’étudier le comportement des fils au cours du processus de fabrication et d’établir des relations entre les caractéristiques physiques de la préforme et des fils utilisés pour la fabriquer. Une étude est réalisée par analyse mécanique dynamique (DMA) sur le fil sec issu directement d’une bobine et sur le même fil après dépose afin de mettre en évidence l’influence du moyen de dépose sur l’orientation des fibres constituant le fil et sur la dispersion des propriétés mécaniques mesurées. Trois types de préforme quasi-isotropiques sont produites présentant chacune une architecture particulière représentative de configurations observables à l’échelle industrielle : nominale, avec des espacements entre fils et avec des recouvrements de fils. L’analyse du comportement en compression transverse des préformes montre qu’elles ont un comportement distinct. En revanche le paramètre de perméabilité hydraulique ne permet pas de singulariser l’architecture des préformes. Dans le but de relier les caractéristiques des fils à celles des préformes et de prédire la perméabilité hydraulique des préformes, leurs propriétés en compaction et les caractéristiques élastiques des composites finaux obtenus, un modèle unifié basé sur un calcul microporomécanique est proposé. Il est basé sur la connaissance des fractions de pores, leur taille et leur forme. Une corrélation satisfaisante est obtenue entre les déterminations expérimentales et les valeurs issues du modèle, limitée toutefois par la précision de définition géométrique des pores. Ces travaux ont permis de définir une méthodologie globale de caractérisation en ligne de préforme basée sur le comportement mécanique en compression du milieu fibreux
Robotized dry fiber placement process allows producing fibrous preforms by successive placement of fibres designed for optimized structural composites manufacturing. A placement tool was developed at the laboratory scale in order to study the fibers behaviour along the manufacturing process and to establish relations between their physical characteristics and those of the obtained preform. A Dynamic Mechanical Analysis (DMA) study is conducted on the dry fiber drawn directly from the coil and after laying on the mold surface in order to qualify the influence of the placement tool on the filaments orientation in the fiber and on the dispersion of the mechanical properties measured. Three quasi-isotropic preforms are produced with different architectures representative of configurations that could be found in the industry: nominal preform, with overlapping fibers and with openings between fibers. A distinct behaviour during transverse compressive loading is obtained for the three plates. On the contrary, no significant influence of the fibrous architecture on hydraulic permeability was obtained. A microporomechanical model is also proposed to link the fibers characteristics to those of the preforms in order to predict the preforms hydraulic permeability and compaction properties and the final composite elastic properties. This unified model is based on the pores volume fraction, size and shape. A satisfying correlation is obtained between experimental characterization and values retrieved from the model, but limited by the geometrical pore definition precision. The engaged work finally helps defining a global methodology for on-line preform characterization based on the compressive mechanical behaviour of the fibrous preform

Des criteres de qualite du liege ont ete determines, parmi les proprietes chimiques et physiques de celui-ci, afin de permettre une meilleure classification des lieges marchands. Pour savoir si la nutrition de l'arbre a une influence sur la qualite du liege, des analyses minerales de sol et de feuilles sont realisees. Les principaux elements mineraux (azote, phosphore, potassium, calcium, magnesium, sodium, fer, cuivre, zinc et manganese) sont doses sur des echantillons de sol, de feuilles et de liege. Les analyses physiques sont faites sur bouchons. La masse volumique du liege, les forces de compression et le module d'elasticite sont mesures ainsi que la resistance des bouchons a la deformation et a l'hydratation. Puis, les tests d'etancheite aux liquides sont realises. En meme temps, sont mesurees les forces de compression necessaires pour le bouchage et les forces d'extraction du bouchon. De plus, la qualite visuelle du liege est estimee par des experts de l'industrie du liege sur les echantillons de liege ainsi que sur les bouchons. Les analyses chimiques et physiques sont mises en relation avec la qualite visuelle du liege. Parmi ces mesures chimiques et physiques, plusieurs criteres de qualite du liege, facilement mesurables et jusqu'a maintenant inconnus ont ete identifies. La qualite du liege peut maintenant etre quantifiee par des parametres objectifs de qualite. Les relations entre la qualite du liege et les caracteristiques des forets (situation geographique, climat, densite en arbres, topographie, altitude, nature de la roche mere, gestion forestiere et du paturage, vegetation) et des arbres (diametre et hauteur de l'arbre, diametre de canopee, hauteur de deliegeage, epaisseur du liege et volume de liege demascle) ont egalement etudiees pour determiner l'influence de ces caracteristiques sur la qualite du liege.

Les composites carbone-epoxy structuraux possedent des caracteristiques dynamiques et notamment une capacite d'amortissement tres dependante de facteurs geometriques (orientation des fibres par rapport a l'axe de sollicitation) et de parametres locaux, tels que la contrainte, la temperature, l'endommagement ou plus globaux tel que l'humidite et la frequence de sollicitation. Le travail effectue dans le cadre de ce memoire est particulierement oriente sur l'etude de la capacite d'amortissement en fonction de l'orientation des fibres et de deux parametres locaux (la temperature, le niveau de sollicitation) et la frequence. La partie experimentale decrit un dispositif adapte aux mesures envisagees a la fois au niveau du type de sollicitation (traction-compression harmonique) et du conditionnement thermique sur la plage 20-100c

Les calcaires sont des roches sensibles aux phénomènes physiques et chimiques qui peuvent les dissoudre, les cimenter ou les fracturer. Dans ce cas, les propriétés des calcaires vont évoluer en fonction de ces différents processus qui varient dans le temps et dans l’espace. Or les réservoirs carbonatés peuvent s’étendre sur plusieurs centaines de kilomètres. Afin d’exploiter ces réservoirs géologiques (ressources en eau, gaz ou pétrole), il est donc nécessaire de caractériser en 3 dimensions leurs propriétés (porosité, perméabilité) ainsi que les hétérogénéités géologiques ou tectoniques, qui peuvent modifier la géométrie du réservoir ou ses propriétés. L’acquisition de données locales (affleurements, forages), réparties sur la totalité du réservoir, pose la question de leurs représentativités projetées sur l’ensemble du volume de roche mais aussi de leurs distributions entre les points d’acquisitions qui sont espacés de plusieurs kilomètres. Cette thèse propose d’étudier les propriétés des calcaires Urgoniens (d’âge Barrémien supérieur – Aptien inférieur) situés en Provence, analogues aux calcaires des réservoirs d’hydrocarbures présents au Moyen-Orient. Trois sites comportant différentes échelles sont étudiés afin de caractériser cette série carbonatée. L’étude propose ensuite des règles géologiques dans le but d’extrapoler les mesures réalisées sur des échantillons d’unités centimétriques à l’échelle hectométrique
Carbonates are sensitive to physical and chemical processes which can dissolve, cement or fracturing them. In this case, the carbonate properties evolve according to these different changes that vary in time and space. Carbonated reservoirs can extend for hundreds of kilometres. To prospect these geological reservoirs (water, gas or oil resources), it’s therefore necessary to characterize in 3 dimensions their properties (porosity, permeability), as well as geological and structural heterogeneities which can modify the basin geometry or the reservoir properties. The acquisition of local data (outcrops, boreholes) compared to the properties distributed at field scale ponder their representativeness at multi-kilometres scale but also their distribution between the acquisition area. This thesis proposes to study the properties of Urgonian limestones (Upper Barremian - Lower Aptian) located in Provence, analogue of Middle East hydrocarbon reservoirs. Three sites with different scales are studied to characterize this carbonate series. Additionally, this study proposes geological rules to upscale the measurements made on centimetric samples to hectometric scale

Ce travail vise à approfondir la connaissance du comportement mécanique de polymères structurés sur de multiples échelles. Il repose sur l'acquisition simultanée d'informations couplées relatives à la mécanique, à la thermique et à la microstructure. Nous avons à cet effet étudié le comportement du Polyéthylène Haute Densité (PEHD) sous sollicitations de traction à déformation contrôlée à l'aide de trois techniques optiques utilisées in situ simultanément : (i) Le système Vidéotraction® pour l'accès aux contraintes et aux déformations vraies. (ii) La thermographie infrarouge pour l'accès aux sources thermiques. (iii) Une technique de rétrodiffusion de lumière (ISLT) pour l'accès à une forme d'endommagement. Le corps du travail porte sur la reconstruction des sources thermiques 2D à partir de cartographies des champs de température mesurés au cours d'essais. Le problème inverse de reconstruction des champs de sources ther-miques est résolu par deux méthodes différentes : minimisation sous contrainte avec formulation adjointe et décomposition modale. Des techniques de régularisation du problème sont décrites en détail pour chaque méthode. D'autre part, la technique ISLT nous permet de suivre l'endommagement : l'apparition progressive de "mi-crocavités" isotropes puis un développement d'une forte anisotropie pendant la phase de durcissement hyperélastique. Nous montrons que ces informations sur la microstructure viennent corroborer les phénomènes observés sur la source thermique. Nous replaçons alors l'ensemble des informations obtenues dans le contexte d'une modélisation thermodynamique des lois de comportement. Une étude de sensibilité aux paramètres du modèle est développée, ce qui conduit à une réduction du modèle adaptée à leur bonne estimation
This research aims at looking further into current knowledge of the mechanical behavior of semi-crystalline polymers at multiple scales. It relies on the simultaneous acquisition of coupled information relating to me-chanical, thermal and microstructural behaviors. For this purpose, we have studied the response of High Density Polyethylene (HDPE) under tensile tests with controlled strain rates, using three optical techniques : (i) Vidéotraction®, a videoextensemeter to access the true stress and strain. (ii) Infrared thermography to access the thermal sources evolution. (iii) Backscattering of Incoherent Light (ISLT technique) to access information on damage mechanisms. The core of the research concerns the reconstruction of the 2D thermal sources starting from temperature fields maps measured during the test. This ill-posed problem has been solved with two different methods : A constrained optimization based on the adjoint formulation and a minimization based on a reduced spectral model. The regularization tools used in the problem are detailed for each method. The ISLT technique allows to monitor damaging processes due to crazing : the creation of isotropic micro-cavities followed by the development of a strong anisotropy during the hardening phase. We show that these information at microstructural level confirm the evolutions of the heat source thermal. All these experimental information are finally considered within a thermodynamical framework used for deri-ving constitutive laws. A sensitivity analysis applied to the parameters of our law led to a reduced model that is more appropriate for their proper estimation

Les résultats présentés dans ce mémoire concernent l'élaboration par pulvérisation cathodique réactive RF de couches minces d'épaisseur nanométrique, ainsi que l'étude de leurs propriétés structurales, microstructurales et mécaniques. L'optimisation des paramètres de dépôt (pression d'argon, puissance de pulvérisation, et pression partielle de gaz réactif dans l'enceinte) des monocouches W, W-O, W-N a permis l'élaboration de multicouches nanométriques des systèmes W-O/W et W-N/W. Les propriétés mécaniques de ces multicouches ont été corrélées à leur microstructure. Divers types de comportements mécaniques sont observés : - Un modèle de Hall-Petch est observé pour les multicouches W-N/W élaborées avec une pression partielle d'azote de 50 %, - La dureté des multicouches W-N/W et W-O/W élaborées avec une pression partielle d'azote ou d'oxygène de 10 % n'est pas fonction de l'épaisseur de la période et est respectivement soit supérieure soit inférieure à la loi de mélange
The aim of this work consists to performed by reactive sputtering RF nanomaterials : W, W-O, W-N single layers, W-O/W and W-N/W multilayers in order to study the microstructure, the structure and the mechanical properties of these thin films. A study of the growth of the single layers has been necessary to performed the multilayers. Various multilayer mechanical behaviors are obtained: - A Hall-Petch rule is observed for W-N/W multilayer performed with 50 % of nitrogen partial pressure. - For multilayer W-N/W and W-O/W performed with 10 % of nitrogen or oxygen partial pressure, there is no influence of the period thickness on the hardness values and these measurements are higher or lower than the law of mixture

Le present travail concerne le developpement et la mise en uvre de la technique de grille et son application pour la mesure de champ de deformation lors des essais de traction hors-axes et d'iosipescu sur composites unidirectionnels. Une etude bibliographique de differentes methodes de mesure de la resistance au cisaillement des unidirectionnels a permis de mettre en evidence les difficultes liees a la determination experimentale de ce parametre. Les performances de differentes methodes optiques de mesure de champs de deplacement/deformations sont evaluees a l'aide de differents criteres : le champ, la sensibilite, la resolution spatiale, la possibilite de mise en uvre d'une technique de decalage de phase ainsi que le temps de mesure et la grandeur mesuree. Cette analyse vient soutenir la pertinence du choix de la methode de la grille. Une caracterisation metrologique ainsi qu'une validation experimentale de la presente methode sont presentees. La confrontation des resultats avec une mesure locale par jauge a confirme la validite des mesures obtenues par voie optique. Une etude experimentale des champs de deformation lors d'essais de traction hors-axes a 10 et d'iosipescu est presentee. Les resultats montrent que l'utilisation de talons obliques permet d'obtenir un champ de deformation uniforme et homogene, indiquant que cette configuration induit peu de concentration de contraintes prejudiciables a l'estimation de la resistance. Les deplacements sont mesures avec une sensibilite de 1,10 m sur un champ de 115 mm. En ce qui concerne l'essai d'iosipescu, les difficultes liee a l'observation de gradients localises de deformation n'ont pas permis de tirer une conclusion satisfaisante quant a l'opportunite d'une modification de la configuration geometrique des eprouvettes.

Ce travail porte sur l’étude de la rupture et de l’endommagement d’un assemblage boulonné constitué de tôles minces en alliage d’aluminium 6082 T6, d’épaisseur e=2 mm, en simple recouvrement. Plusieurs configurations d’assemblages (nombre et disposition des fixations) sont étudiées dans le cas de sollicitations monotones, en analysant les effets de bord. L’influence du couple de serrage et du jeu fonctionnel sera pris en compte pour l’étude du comportement global de la liaison. Une approche expérimentale a été mise en oeuvre pour analyser la chronologie des mécanismes d’endommagement en utilisant simultanément la technique d’émission acoustique (EA) et la mesure des champs par corrélation d’images digitales (CID). La technique EA a permis de suivre les évolutions des activités acoustiques avec une technique de localisation planaire en permettant de mieux cerner l’amorçage et la propagation des fissures. La technique CID confirme les scénarios d’endommagement en évaluant le champ des déformations en tout point au voisinage de la fixation. La simulation numérique par éléments finis a été utilisée afin de prédire le comportement global de ces assemblages. Les calculs sont réalisés en 3D en utilisant des éléments solides et des éléments coques et sont entrepris aussi bien en élastoplasticité sans endommagement qu’avec endommagement. La prédiction de l’endommagement a été correctement réalisée en utilisant deux modélisations : une modélisation découplée selon le modèle de Latham et Cockroft et une modélisation couplée basée sur le modèle de Gurson modifié
This study focuses on the study of fracture and damage of a bolted assembly made up of thin sheets of aluminum alloy 6082 T6, thickness e= 2 millimeters, in single recovery. Several configurations of assemblies (number and arrangement of fasteners) are studied in monotonous solicitations, analyzing the effects of board. The influence of torque and clearance will be considered for the study of the behavior of the link. An experimental approach was implemented to analyze the sequence of damage mechanisms simultaneously using the technique of acoustic emission (AE) and measurement of fields by digital image correlation (DIC). EA Technology has tracked the evolution of acoustic activities by planar localization to better identify the initiation and propagation of cracks. The DIC technique confirms the damage scenarios evaluating, the deformation field at any point near the fastener. The finite element technique was used to predict the overall behavior of these assemblies. The calculations are performed in a 3D computer code using solid elements, shell elements and and are undertaken both in élastoplasticité without and with damage. The prediction of damage has been done using two models : modeling decoupled depending on the model of Latham and Cockroft and coupled modeling based on the model of Gurson modified

Ces travaux de thèse sont dédiés à la mesure de formes 3D, de champs cinématiques 3D surfaciques et à l'identification de paramètres mécaniques à partir de mesures par corrélation d'images. Cette méthode optique se base sur l'utilisation de caméras comme support de la mesure. Pour cette raison, une étude des différents modèles de caméra classiquement utilisés est effectuée, puis le passage d'un formalisme continu pour la description des images à une approche discrète utilisant la notion de pixel est décrit. Une attention particulière est portée aux distorsions optiques et une approche utilisant la corrélation d'images pour les évaluer est développée. Une nouvelle méthode de mesure de forme 3D et de champs de déplacements 3D surfaciques par stéréo-corrélation d'images est introduite. Elle utilise un modèle numérique de l'objet observé comme support pour la corrélation. Cette méthode mène à une formulation globale de la stéréo-corrélation. Elle peut être écrite dans le cas général et particularisée à des surfaces NURBS (non-uniform rational B-splines). Le champ de déplacement est également exprimé dans un formalisme NURBS complètement cohérent avec le modèle géométrique utilisé pour définir la forme observée. Des mesures sont validées en utilisant des mouvements imposés à un carreau de Bézier usiné. La faisabilité de la technique dans plusieurs cas industriels est également étudiée avec, par exemple, la mesure des déplacements d'une pièce composite de train d'atterrissage chargée mécaniquement. Enfin, à partir de cette formulation isogéométrique de la mesure de champs, une étude de la caractérisation de propriétés élastiques est effectuée. Deux méthodes inspirées d'approches existantes sont ainsi proposées, utilisant des mesures de champs et des calculs numériques dans un formalisme isogéométrique pour identifier des paramètres de loi de comportement élastique isotrope sur un cas test numérique et pour un essai de traction uniaxiale
This thesis is dedicated to measurement of 3D shapes, 3D kinematic fields on surfaces and identification of mechanical properties from digital image correlation measurements. This optical method uses cameras as measurement tools. For this reason, a study of the classical camera models used is performed and the description of the digitalization of an image from a continuous to a discrete formalism using the pixel is described. A specific work is dedicated to optical distortions and a method based on digital image correlation to evaluate these distortions is developped.A new method for 3D shapes and 3D displacement fields on surfaces using stereo-correlation is introduced. A numerical description of the observed object is used as a support to perform the correlation. This method lead to a global approach to stereo-correlation. It can be rewrite in a generic case or in particular to be applied to NURBS (Non-Uniform Rational B-Splines) surfaces. The displacement fields is therefore expressed in a NURBS formalism which is completely consistent with the geometrical model used to described the observed shape. Measurements are validated using prescribed motions on a Bezier patch. The feasibility of such a technique in several industrial cases is then studied with for example the measurement of the displacement of a composite part of a landing gear under mechanical loading.Finally, from this isogeometric formulation of full-field measurement, a study of the identification of elastic properties is performed. Two methods inspired from existing approaches are proposed, using full-field measurement and numerical simulations in a common isogeometric formalism to identify parameters of an isotropic linear elastic constitutive law on a both a numerical test case and a uniaxial tensile test

L’objectif de ce travail est la caractérisation expérimentale et la modélisation du comportement mécanique des mélanges de polymères immiscibles à base de PC et de PP. Une microstructure majoritairement sphérique dans la plupart des mélanges PC/PP révèle une faible adhésion. Ceci se traduit par une déviation négative des propriétés mécaniques par rapport au % de PP ajouté. La solution de ce problème consiste à ajouter un troisième composant qui peut favoriser l’adhésion à l’interface. La présence de PP-g-MA, malgré sa faible rigidité et sa fragilité, a permis d’améliorer les propriétés mécaniques du mélange. Une approche multi-échelle est développée pour modéliser le comportement effectif du mélange PC/PP en utilisant deux types de modèles différents. Le premier est basé sur l’homogénéisation analytique et le deuxième est défini dans le cadre de l’homogénéisation numérique. La loi statistique de la répartition spatiale de la phase minoritaire a été déterminée à partir des images MEB. Cette loi a permis de générer un volume élémentaire représentatif (VER). Le comportement des constituants a été défini comme élasto-plastique. L’hypothèse d’une interface parfaite ne permet pas de rendre compte du comportement mécanique des mélanges de manière satisfaisante. Afin d’y remédier, un modèle d’endommagement interfacial a été introduit par des surfaces cohésives avec une loi de traction-séparation. Le modèle est en bon accord avec les résultats expérimentaux. Finalement, une étude paramétrique a été réalisée pour mettre en évidence les effets de la forme, du nombre et de l’orientation des nodules de la phase minoritaire sur les propriétés mécaniques non linéaires du mélange
The objective of this work is to perform experimental characterization and to model the mechanical behaviour of immiscible PC/PP blends. A predominantly spherical microstructure, in the most PC / PP blends, reveals low adhesion due to high interfacial tension between two phases which was observed under a scanning electron microscope (SEM). This results in a negative deviation of the mechanical tensile properties accordingly to the % of PP. One of the possible solutions is to add a third component that can improve adhesion between two phases. In this work PP-g-MA was chosen. Despite its low rigidity and brittleness, it has partially improved the mechanical properties of the blends. A multi-scale approach was applied to model the homogenised behaviour of the PC / PP blends using two different types of models. The first one is based on analytical homogenization and the second one will be defined in the context of numerical homogenization. The statistical distribution law for the size of the dispersed phase was determined from the SEM images. This law was applied for representative volume element (RVE) generation. The behaviour of the constituents has been defined as elastoplastic. Initially assumed hypothesis of a perfect interface did not describe the mechanical behaviour of the blends in a satisfactory manner. In order to improve this, a model introducing cohesive surfaces to simulate interfacial damage is developed using traction-separation law. The model is in good agreement with the experimental results. Finally, parametric study was carried out to highlight the effect of the shape, the number and the orientation of dispersed phase on the nonlinear response of blends

Le travail de cette thèse s'inscrit dans les efforts de recherche qui sont actuellement entrepris sur la segmentation et la classification pour faciliter l'interprétation des images radar. Notre thèse contribue à ces recherches en proposant une démarche semi-automatique d'analyse de scènes pour aider à l'interprétation des images acquises par un radar à ouverture synthétique (SAR). Elle s'attache principalement à l'application des méthodes de segmentation à des problèmes de classification et de reconnaissance d'objets. Son objectif est de proposer des méthodes rapides et simples, aisément compréhensibles par des utilisateurs non experts en traitement d'image. Une architecture en deux étapes est proposée. Lors de la première étape, une partition de l’image SAR est obtenue de manière non supervisée à l’aide d’une grille active statistique fondée sur la minimisation de la complexité stochastique. La seconde étape consiste à extraire de chaque région des attributs (statistiques, géométriques, des paramètres de texture) permettant de classer de manière semi-supervisée chaque région extraite. Une approche hiérarchique est retenue. En pratique, l’algorithme proposé fournit une classification initiale de l’occupation des sols ainsi que des mesures de confiance pour chaque région. Cette classification initiale peut être utilisée comme une aide à l'interprétation de l'image ou comme une source d'informations pour des traitements ultérieurs
The work of this thesis is part of the research efforts that are currently being undertaken on segmentation and classification to ease radar images interpretation. Our thesis contributes to this research by proposing a semi-automatic scene analysis approach to assist the interpretation of images acquired by a synthetic aperture radar (SAR). Mainly, it is focused on the application of segmentation methods to classification and object recognition problems. Its aim is to propose fast and simple methods, easily comprehensible by non-expert users in image processing. The proposed approach is a two-stage algorithm. First, a SAR image partition is obtained in a non-supervised manner by using a statistical active grid based on the minimization of the stochastic complexity. Then, discriminative features (statistics, geometrics and texture parameters) are calculated for each extracted region in order to classify them in a semi-supervised manner. A hierarchical approach is adopted. In practice, the proposed algorithm provides an initial land use classification as well as confidence measures for each region. This initial classification can be used as an aid to the image interpretation or as a source of information for further processing

L’objectif de cette thèse est l’étude du comportement vibratoire de la table d’harmonie du piano dans le domaine des moyennes fréquences. Le premier chapitre est consacré à la table dont on présente le rôle, la structure et les matériaux. Les principaux résultats publiés sont regroupés sous forme d’une synthèse bibliographique. Dans un second chapitre, nous présentons une nouvelle méthode d’analyse modale dite haute résolution, permettant de s’affranchir des limitations naturelles de l’analyse de Fourier en termes de résolution spectrale. Celle-ci est validée par comparaison des analyses modales partielles expérimentales et théoriques de plaques minces en aluminium pour des recouvrements modaux compris entre 30% et 70%. Grâce à cette nouvelle méthode, l’identification modale, complète ou partielle, d’une table de piano droit est donnée dans les moyennes fréquences [300-2500 Hz]. L’obtention de l’amortissement moyen propre à la table en épicéa constitue un résultat nouveau dans ce domaine de fréquences. Par ailleurs, l’observation de la densité modale permet de préciser la validité du remplacement de la table raidie par une plaque homogène jusqu’à 1. 1 kHz environ. Au-dessus de cette fréquence, la table se comporte comme une juxtaposition de guides d’ondes. L’observation des déformées modales pour ces fréquences, obtenues par un modèle en éléments finis, confirme la localisation des ondes entre les raidisseurs. Le phénomène de coïncidence acoustique se trouve alors profondément modifié par rapport à celui ayant cours pour les plaques minces. L’objectif du dernier chapitre est de proposer une description synthétique d’une table d’harmonie basée sur un petit nombre de descripteurs globaux : densité modale, amortissement moyen, espacement inter-raidisseurs. La validité d’un modèle de plaque homogène équivalente est étudiée et le remplacement de la structure par une plaque en matériau composite est envisagé. La description synthétique permet par exemple d’évaluer les variations de la mobilité au chevalet et du rayonnement dans l’aigu entraînée par une modification de structure (espacement inter-raidisseurs, épaisseur moyenne)
The vibratory behaviour of the piano soundboard in the mid-frequency domain is studied in this PhD thesis. The first chapter is devoted to the board itself: its role, structure and materials. An exhaustive bibliographical study is presented and the main published results are given and synthesised. The second chapter introduces a new modal analysis technique based on a high-resolution analysis algorithm. The technique resolves cases where the Fourier transform performs poorly due to its natural T f limitation. This new method is assessed by comparing experimental and theoretical partial modal analyses of aluminium thin plates up to a modal overlap of 70%. The modal identification of an upright piano soundboard is partly achieved with this method in the mid-frequency domain [300- 2500 Hz]. The estimation of the mean loss-factors of the spruce board in this frequency domain is a new result. The frequency dependency of the observed modal density of the ribbed-board below 1. 1 kHz contributes to define an equivalent homogeneous plate. Above 1. 1 kHz, the soundboard behaves like a set of waveguides. The modal shapes obtained through a finite-element model confirm the localisation of the waves between the ribs. On such a structure, the acoustical coincidence phenomenon is deeply modified in comparison to the one occurring in thin plates. The purpose of the last chapter is to propose a synthetic description of a piano soundboard based on a small number of global descriptors: overall dimensions, aspect ratio, mass, modal density, mean loss factor, average distance between two consecutive ribs. The validity of an equivalent homogeneous plate model is studied and the replacement of the structure by a plate in composite material is considered. The synthetic description can be used to predict the changes of the driving-point mobility (at bridge) and of the sound radiation in the treble range resulting from structural modifications (changes in material, geometry, average ribs spacing, etc. )

Le présent travail est consacré à l'analyse du comportement mécanique des polymères semi-cristallins à deux échelles : celle de l'empilement lamellaire et celle des structures sphérolitiques. A l'échelle de l'empilement, des simulations en champs complet dans le domaine des petites déformations sont réalisées sous ABAQUS®. L'influence des paramètres sur la réponse macroscopique lors de sollicitations long-terme en relaxation et cyclage est analysée : le choix du comportement viscoélastique de la phase amorphe d'une part, et les effets de microstructure et d'hétérogénéités induites d'autre part. Les résultats obtenus avec une microstructure simplifiée permettent de mettre en évidence plusieurs effets de microstructure. A l'échelle sphérolitique, la technique de corrélation d'images numériques est mise au point in-situ sous MEB pour la mesure de champs cinématiques. Les champs de déformation obtenus en traction uniaxiale sur deux polymères semi-cristallins montrent l'existence d'une déformation hétérogène en lien avec la microstructure sphérolitique. Des méthodes déterministe et statistique de la littérature sont mises en œuvre à partir des mesures de champs pour identifier la taille d'un domaine sur lequel la déformation moyenne mesurée coïnciderait avec la déformation macroscopique. En l'absence de toute information sur la taille d'un Volume Elémentaire Représentatif (VER) dans les polymères semi-cristallins, une telle estimation constitue une avancée notable. Enfin, des perspectives sont données pour la modélisation en transition d'échelles du comportement mécanique de ces matériaux via une combinaison d'outils numériques et expérimentaux
This work is devoted to the analysis of the mechanical behaviour of semi-crystalline polymers at two scales: the lamellar stack scale and the spherolitic scale. At the lamellar stack scale, full-field microstructure simulations are performed in the small strain range using the ABAQUS® software. The influence of parameters of the macroscopic response during long-term stress relaxation and cycling is analyzed: the choice of the viscoelastic behaviour of the amorphous phase on the one hand, and the effects of microstructure and induced heterogeneities on the other. The results obtained with a simplified microstructure highlight several microstructure effects. At the spherolitic scale, the digital image correlation technique (DIC) is developed inside the SEM to perform in-situ displacement field measurements. The strain fields obtained in uniaxial tension of two semi-crystalline polymers show the existence of an heterogeneous deformation related to the spherolitic microstructure. Deterministic and statistical methods of the literature are applied to the field measurements, in order to identify the domain size over which the average measured strain corresponds to the macroscopic strain. In the absence of any information on the size of the Representative Volume Element (RVE) for this kind of materials, such estimation constitutes a significant step. Finally, prospects are given for the modeling of the mechanical behaviour of this kind of materials with scale transition, through a combination of numerical and experimental tools

Des gels ont été formulés à partir de mélanges de gélatine et de polysaccharides - le guar, le karaya, la xanthane, la maltodextrine et l’amidon - afin de reproduire les propriétés texturales du Camembert et du Coulommiers. La fermeté, le module d’élasticité et le temps de relaxation, mesurés à partir des essais de pénétrométrie et de relaxation, ont été utilisés afin de comparer les gels et les fromages. Les paramètres rhéologiques du mélange de gélatine, de maltodextrine et d’amidon s’approchaient le plus de ceux des fromages. Un plan de mélange à trois composants a été utilisé pour optimiser la concentration des constituants du simulant. Cette approche a permis de développer des modèles mathématiques qui prédisent les effets de chaque composant sur les paramètres texturaux du simulant. Elle a aussi mis en évidence une corrélation linéaire entre ces paramètres et la composition du gel. Des modifications texturales des simulants ont été induites par ajout de Subtilisine Carlsberg afin d’imiter l’évolution de la texture des fromages lors de la maturation. Une différence entre l’évolution des propriétés texturales des simulants et celle du fromage a été notée. La numérisation tridimensionnelle a été utilisée comme nouvel outil pour caractériser la texture. Ces systèmes sont capables de distinguer des gels et des fromages ayant des comportements rhéologiques différents. Les nouveaux paramètres obtenus, corrélés aux propriétés texturales des fromages et simulants, pourraient améliorer les modèles prédisant les mesures sensorielles hédoniques à partir des mesures instrumentales
Various gels formulated from mixtures of gelatin and polysaccharides - guar, karaya gum, xanthan gum, maltodextrin and starch - were elaborated to simulate soft cheeses (Camembert and Coulommiers) texture. Comparisons between gels and cheeses were based on firmness, elasticity modulus and relaxation time constants, obtained from penetrometry and stress relaxation tests. Gels made up of gelatin, maltodextrin and starch were found to imitate best the textural properties of the soft cheeses. A three-component mixture design approach was used to determine the optimum component concentration of the simulants. Mathematical models developed showed linear dependence of the rheological parameters on composition of simulants. Enzyme Subtilisin Carlsberg (Alcalase®) successful induced gradual modifications in rheological parameters of simulants. The rate of change of textural properties occurring in Coulommiers cheese during maturation was however different from that of the simulants. Two optical three-dimensional techniques as new tools for food texture assessment were also investigated. Digital image correlation and the Breuckmann scanning systems were successful in distinguishing between gels and cheeses varying in firmness and viscoelastic properties. New parameters obtained from digital image correlation and Breuckmann scanning systems were related to the textural properties of the cheeses and their simulants. These parameters may be used to develop models predicting accurately the sensory texture of food from instrumental measurements

Le traitement thermique du bois sous une atmosphère gazeuse est un procédé qui vise à améliorer les propriétés du bois. En effet, les bois traités ont une stabilité dimensionnelle améliorée, une nature hygroscopique réduite et une meilleure résistance à la dégradation par divers facteurs (champignons, insectes). L’inconvénient principal du procédé est la longue durée du traitement. Le présent travail explore l’utilisation des liquides ioniques pour le traitement du bois, car ils ont la particularité d’accélérer la décomposition des principaux constituants du bois. Des analyses de surface et des tests de propriétés physico-mécaniques ont été réalisés sur les bois traités. Les analyses de surface ont révélé que les liquides ioniques ont contribué à la dégradation de la lignine, et au développement du caractère hydrophobe du bois. Les tests physico-mécaniques ont quant à eux montré la baisse dans la reprise d’humidité et d’eau, la réduction du gonflement et des propriétés mécaniques.
The heat treatment of wood in a gas atmosphere is a process that aims to improve the properties of wood. Indeed, treated wood possesses improved dimensional stability, reduced hygroscopic nature and resistance to degradation by various factors (fungi, insects). The main disadvantage of the method is the long duration of treatment. This work explores the possibility of using ionic liquids for the treatment of wood as they have the particularity to accelerate the decomposition of the main wood constituents. Surface analysis and testing of physical and mechanical properties were performed on treated wood. The surface analysis showed that ionic liquids have contributed to the degradation of lignin as well as the development of the hydrophobic character of the wood. The physical and mechanical tests have meanwhile revealed that lower moisture and water absorption contents, decreased the swelling and mechanical properties.

La diffusion raman, ex-situ et in-situ, methode d'analyse structurale et chimique, a ete utilisee pour comprendre le vieillissement thermochimique et l'etat des contraintes des fibres ceramiques dans une matrice ceramique. Dans un premier temps, la demarche a consiste a selectionner une matrice ceramique (suffisamment transparente) et des interphases sol-gel fonctionnelles, observables en microscopie raman. Le diagramme zro#2-geo#2 des phases apparaissant par traitement thermique des gels a ete determine. La specificite des interphases sol-gel a faible module d'elasticite (microporeuses et/ou microfissurees) conduisant a une rupture dissipative du composite, a ete analysee par microdurete pour des systemes tout-oxyde. La validite du modele de decomposition spectrale et les attributions qui en decoulent sont discutes. La degradation des fibres sic nlm 202#t#m est correlee a une reaction d'oxydation interne et a l'apparition d'un desordre unidirectionnel a l'echelle meme de l'empilement des tetraedres sic, tandis que la destabilisation des fibres hi-nicalon#t#m, pauvres en oxygene, est concomitante a une reorganisation du continuum si#1#-#xc#1#+#x a l'echelle moleculaire. Afin d'evaluer l'etat de deformation des fibres in-situ, un etalonnage des deplacements du nombre d'onde en fonction de l'allongement impose ex-situ ( = f(deformation)) par extensometrie raman sur fibres traitees a 1000c a ete fait, apres avoir valide le protocole experimental (effet des puissances d'excitation, de la procedure de decomposition). On montre l'importance de disposer de donnees statistiques afin de correler les proprietes locales des fibres aux proprietes mecaniques macroscopiques du composite