Academic literature on the topic 'Fissuration dynamique'

La description du comportement du béton sous chargements dynamiques (explosions, collisions, séismes…) fait actuellement l’objet de nombreux travaux de recherches. Bien que la modélisation reste complexe pour ce matériau à cause de la présence simultanée de plusieurs phénomènes (l’endommagement, les effets d’inertie et de viscosité, la fissuration…), un bon nombre d’approches ont été proposé en associant ces phénomènes (endommagement (Pedersen et al., Eng. Fract. Mech. 75, 3782 (2008) [1]), viscosité (Bazant et al., J. Eng. Mech. ASCE 126(9), 971 (2000a); Bazant et al., J. Eng. Mech. ASCE 126(9), 962 (2000b) [2,3])…, effet d’inertie (Reinhardt & Weerheijm, Int. J. Fract. 51, 31 (1991) [4])). Avec une loi d’endommagement, ce travail formule une description du comportement dynamique du béton en traction et en compression. Fondée sur des concepts physiques (la rigidité non linéaire endommageable associée à la déformation, la viscosité, l’inertie associée à l’accélération et la rupture par résonance), cette loi décrit l’évolution de ces différents effets intervenants lors d’un chargement dynamique du matériau. Enfin, sous la lumière des résultats, l’article propose une interprétation physique à la rupture par écaillage qui apparaît dans le béton surtout sous des charges impulsionnelles en traction (un plan de rupture droit, qui passe parfois à travers les granulats).

Le changement d’usage des terres et l’impact de l’anthropisation sur les milieux forestiers tropicaux sont en progression constante sous les tropiques et en Guyane française. Ces changements sont souvent accompagnés de défriches mécanisées qui favorisent la compaction du sol. Notre objectif était de suivre l’évolution de la compaction du sol d’une parcelle de forêt naturelle exploitée (7 ha) soumise à une défriche mécanisée alternative (itinéraire « chop and mulch », couvert herbacé de Stylosanthes guianensis), puis replantée de quatre espèces forestières commerciales. Sur cet espace présentant finalement diverses couvertures de sol (sol nu, mulch, couvert herbacé), nous avons mesuré la densité apparente jusqu’à 30 cm de profondeur et effectué le test d’infiltration simplifié de Beerkan lors de trois campagnes : avant, juste après et neuf mois après la défriche. Avant la défriche, les sols avaient une très bonne capacité d’infiltration (111 cm/h), étaient peu denses à 0-5 cm de profondeur (0,88) et denses à 5-30 cm (1,19 à 1,40). Juste après la défriche, les sols avaient une capacité d’infiltration très réduite (2 cm/h) et leur couche de surface avait été fortement compactée (1,28) contrairement aux couches plus profondes (1,41 à 1,49). Neuf mois après la défriche, les sols avaient retrouvé une très bonne capacité d’infiltration (149 cm/h), particulièrement sous le couvert herbacé de S. guianensis, et leur couche de surface avait retrouvé une densité proche de l’état initial (1,01), contrairement aux couches plus profondes (1,46 à 1,58). De futures recherches sont nécessaires pour expliquer le retour rapide à l’état initial de la couche de surface et estimer la contribution relative de la macrofaune du sol, des racines et de la fissuration.

La presqu’ île du Cap Vert est constituée par une succession de cap rocheux et de petites plages avec des estrans courts. Cette partie du littoral sénégalais est caractérisée par un déficit sédimentaire en raison de sa morphologie et du rôle de piège du Cayon de Cayar. La baie de Bel Air, située au sud de la presqu’ île est protégée par des pointes rocheuses. Les plages qui s’y trouvent (Monaco-plage ; voile d’or) sont caractérisée par une dynamique plutôt stable. L’objectif de cette présente contribution est d’étudier l’évolution morphologique de la Baie de Bel Air entre novembre 2019 et mars 2021. L’approche méthodologique repose sur un suivi topographique régulier de 11 profils de plage répartis dans 03 secteurs, sur 08 campagnes. Les profils sont réalisés à l’aide d’un GPS différentiel de marque Leica. Le suivi s’est effectué sur les mêmes profils selon les saisons. Les résultats montrent une tendance globalement stable de la baie avec un secteur où on observe une érosion faible mais constante (secteur 3). On constate que ces plages alternent des variations morphologiques, héritages de processus d’engraissement et d’amaigrissement, qui maintiennent leur résilience naturelle. Le secteur 1 et 2, entre Amerger Casamance et Monaco plage (P1 à P7) subit globalement une accrétion avec une faible érosion durant la période de suivi tandis que le secteur 3, à l’extrémité de la baie est en état d’érosion faible mais constant. La stabilité sédimentaire de la baie de Bel Air à l’image des autres baies de la presqu’île du cap vert s’explique par la présence des pointes qui servent d’épis de protection naturelles. Ainsi, elles résistent à l’érosion qui très active dans d’autres secteurs (Rufisque, Bargny) malgré le faible transit sédimentaire qui caractérise le littoral sud de Dakar. Cependant, les baies de Dakar restent vulnérables car les falaises et les pointes qui les protègent, subissent actuellement des phénomènes de glissements, fissurations, éboulements qui risquent de rompre cette stabilité observée depuis plusieurs années. The Cap Vert peninsula is made up of a succession of rocky capes and small beaches with short foreshores. This part of the Senegalese coast is characterized by a sediment deficit due to its morphology and the role of the Cayon de Cayar as a trap. The bay of Bel Air, located in the south of the peninsula, is protected by rocky points. The beaches there (Monaco-plage ; voile d'or) are characterized by a rather stable dynamic. The objective of this present contribution is to study the morphological evolution of the Bay of Bel Air between November 2019 and March 2021. The methodological approach is based on regular topographic monitoring of 11 beach profiles distributed in 03 sectors, out of 08 campaigns. The profiles are made using a Leica brand differential GPS. The follow-up was carried out on the same profiles according to the seasons. The results show a generally stable trend in the bay with a sector where low but constant erosion is observed (sector 3). It can be seen that these beaches alternate morphological variations, legacies of fattening and slimming processes, which maintain their natural resilience. Sector 1 and 2, between Amerger Casamance and Monaco Plage (P1 to P7) generally undergoes accretion with low erosion during the monitoring period, while sector 3, at the end of the bay, is in a state of low erosion. but steady. The sedimentary stability of the Bay of Bel Air, like the other bays of the Cape Verde peninsula, is explained by the presence of points which serve as natural protective groynes. Thus, they resist erosion which is very active in other sectors (Rufisque, Bargny) despite the low sediment transit which characterizes the southern coast of Dakar. However, the bays of Dakar remain vulnerable because the cliffs and points that protect them are currently undergoing phenomena of landslides, cracks, landslides that risk breaking this stability observed for several years.

Cette thèse porte sur le régime de fracturation à faible vitesse (corrosion sous contraintes) d'échantillons de matériaux vitreux. Le système expérimental basé sur la microscopie à force atomique (AFM) permet de caractériser in-situ et en atmosphère contrôlée, la propagation d'une tête de fissure aux échelles caractéristiques (sub-micrométriques) des hétérogénéités de structure du matériau. Ce travail est divisé en trois parties :
1. La propagation de la fissure dans des vitrocéramiques a été étudiée par AFM en fonction de leur degré de dévitrification. Des écarts à la propagation rectiligne ont été mis en évidence. Dans le matériau le plus dévitrifié, la fissure contourne les cristaux nanométriques engendrant des contraintes de torsion et de cisaillement ce qui accroît d'autant la résistance à la rupture du matériau.
2. En utilisant la microscopie AFM, nous avons montré que la propagation de la fissure dans des matériaux vitreux –étudiés à des températures très inférieures à la température de transition vitreuse- se faisait, au devant de la tête de fissure, par un processus de nucléation, croissance et la coalescence de nano-cavités d'endommagement. La mise en évidence expérimentale de ce phénomène de ductilité du verre à l'échelle nanométrique est un résultat novateur faisant un lien entre les mécanismes de fissuration des matériaux ductiles (métaux) et fragiles (verres). La différence se situe au niveau des échelles de longueur des cavités, respectivement micrométriques et nanométriques.
3. Enfin, l'étude de la fissuration d'un verre contenant des ions alcalins révèle une migration, à l'échelle nanométrique, d'espèces chimiques au voisinage immédiat de la fissure. Cette migration s'observe sous la forme d'apparition et de croissance de nodules de dimensions nanométriques. Le champ de contrainte mécanique local, le taux d'humidité relative, ainsi que le temps de séjour de la tête de fissure dans une zone non fissurée du matériau, sont des paramètres essentiels pour le contrôle de ces phénomènes de diffusion à l'échelle nanométrique. Les processus physico-chimiques impliqués (comme la diffusion locale d'ions sodium) ont été étudiés.
L'étude in-situ de la fissuration des matériaux vitreux aux échelles de longueur caractéristiques des hétérogénéités est d'une importance capitale pour comprendre et améliorer les propriétés mécaniques du verre, matériau qui est à l'heure actuelle de plus en plus utilisé dans de multiples domaines.

Afin de fournir des moyens directs d'exploiter des resultats de mesures experimentales, sans passer par des calculs par elements finis, une nouvelle methode d'identification est proposee en elasto-dynamique pour les structures fissurees. Cette methode est un prolongement des resultats connus en elasto-steatique bases sur des integrales de coutour invariantes. Elle permet de relier la connaissance sur un intervalle de temps fini des champs mecaniques mesurables sur le bord de la structure a la sollicitation en pointe de fissure a la fin de cet intervalle de temps. Cette methode est developpee sur plusieurs modelisation de la rupture: milieux bidimensionnels fissures, poutres fissurees longitudinalement, poutres entaillees. Dans ces deux derniers exemples, de nouvelles grandeurs, equivalentes au facteur d'intensite des contraintes, ont ete introduites. Suivant le meme principe, il est aussi presente une methode de separation des energies qui conduit a l'aide des memes mesures a la connaissance separee de l'energie cinetique totale, l'energie elastique totale et l'energie de rupture a l'instant milieu de l'intervalle de temps des mesures

La rupture dynamique des réservoirs métalliques pressurisés résulte de la compétition entre la fissuration de la paroi et la sortie du fluide qui en est à l'origine. Pour comprendre ce phénomène, deux études expérimentales ont été mises en œuvre.
· La première a consisté à soumettre des plaques métalliques à des chargements sous forme d'explosions, et à examiner leur mode de fissuration. Les vitesses de fissuration semblent indépendantes du chargement, tandis que la taille des fragments augmente avec la violence de l'explosion.
· La deuxième a consisté à faire exploser des enceintes d'environ vingt litres. Elle a permis de confirmer une partie des tendances observées précédemment.

Cette thèse concerne la fissuration dynamique des matériaux à gradient de propriétés. Plus particulièrement, elle traite de la tenue des gaines de combustible, tubes minces et élancées, à fort taux de combustion lors de transitoires accidentels. La fissuration est étudiée à l'échelle locale et basée sur la notion de zone cohésive, laquelle est mise en oeuvre à l'aide d'une approche multicorps. Afin de prendre en compte une fissuration en mode mixte, les modèles de zone cohésive considérés sont couplés à du contact frottant. L'approche Non-Smooth Contact Dynamics est mise en oeuvre pour le traitement dynamique des problèmes de contact frottant non réguliers. Compte tenu des dimensions mises en jeu, une démarche multiéchelle permet de prendre en compte la microstructure dans un calcul de structure. A l'échelle microscopique, les propriétés effectives surfaciques, entre les corps, sont obtenues par homogénéisation numérique périodique. Une formulation à deux champs du problème Eléments Finis multicorps est ainsi obtenu. La méthode NSCD est alors étendue à cette formulation. L'outil de simulation numérique développé permet des simulations dynamiques en grandes transformations depuis l'amorçage de fissures jusqu'à la ruine du matériau. La mise en oeuvre à l'échelle microscopique est effectuée par calcul sur des cellules de bases pour plusieurs tirages de microstructures aléatoires. A l'échelle macroscopique, des calculs dynamiques de structures sur des portions de gaine en fonction du taux moyen et du gradient d'hydrogène mettent en évidence le rôle prépondérant de ces deux paramètres dans la tenue de la gaine sous chargement dynamique rapide.

Les travaux présentés dans ce manuscrit visent à étudier la propagation d'un défaut interfacial de géométrie connue soumis à un cisaillement macroscopique à partir d'une méthodologie expérimentale développée durant la thèse qui consiste à i) élaborer un système revêtu céramique/métal dont la morphologie d'interface est contrôlée, ii) introduire un défaut d'interface par la technique de choc laser, iii) soumettre le système revêtu pré-fissuré à un cisaillement macroscopique grâce à une machine de fatigue biaxiale coplanaire et iv) mesurer in situ l'évolution de ce défaut. Le système revêtu subit donc une sollicitation dynamique par la technique de choc laser et quasi-statique par les essais biaxiaux. La morphologie d'interface, paramètre influant sur la fissuration, est également étudiée. Un dépôt d'alumine pure est directement projeté par plasma sur un substrat métallique, un superalliage base cobalt Haynes 188 et un acier inoxydable 304L, sans sous-couche.Un premier travail d'analyse du défaut introduit par choc laser en fonction des paramètres laser et de la morphologie d'interface a tout d'abord été réalisé. Le défaut d'interface résultant se caractérise par une zone délaminée circulaire de quelques millimètres de diamètre et d'une cloque formée par la couche de céramique de quelques dizaines de micromètres de hauteur. Ces dimensions caractéristiques ont été mesurées à partir de techniques d'observation non destructives : profilométrie 3D, observation optique et thermographie infrarouge. La fissuration par choc laser a été étudiée par éléments finis grâce à un modèle de type contact cohésif pour l'interface.La propagation du défaut soumis à un cisaillement macroscopique a été caractérisée expérimentalement grâce aux observations optiques et à la technique de stéréo-corrélation d'images. L'analyse par élément finis du problème a permis d'accéder aux modes de sollicitation le long du front de fissure et de donner une première explication quant aux formes délaminées obtenues expérimentalement. Cette analyse s'appuie sur un modèle de zone cohésive dont les conditions aux limites imposées sont déterminées à l'aide des mesures de déplacement obtenues par corrélation d'images. En particulier, il a été mis en évidence que l’ouverture du front de fissure (mode I), induit par le flambage de la couche et par le chargement macroscopique, favorise la propagation du délaminage qui reste pilotée essentiellement par le cisaillement local (mode II et III). L'influence du cisaillement macroscopique dans le plan de la couche déposée sur la propagation du délaminage interfacial a ensuite été étudiée à partir de trois cas de chargement. Une analyse par éléments finis basée sur la mécanique linéaire de la rupture dans un matériau homogène a permis de déterminer l'influence du cisaillement macroscopique sur le chargement local le long du front de fissure
The work presented in this manuscript aims to investigate the growth of an interfacial flaw, whose geometry is known, under macroscopic shear loading. An experimental methodology is thus developed in which i) a ceramic/metal coated system with controlled interface roughness is processed, ii) an interfacial flaw is introduced using the laser shock technique, iii) a macroscopic shear loading is applied on the coated system using a biaxial in-plane testing device and iv) interfacial crack growth and buckling are measured in situ. Hence, both dynamic and quasi-static loadings are applied on the coated system by respectively the laser shock technique and biaxial testing. The interface roughness, which affects the crack growth, is also considered in the study. A pure alumina coating is deposited by air plasma spraying on a metallic substrate, polycrystalline cobalt base superalloy Haynes 188 and stainless steel 304L substrates, with no bond coat.First, the flaw resulting from the propagation of a laser shock wave has been analyzed according to the laser parameters and the interface roughness. An interfacial flaw is characterized by a circular delamination with a diameter of a few millimeters and a circular blister with a height of a few tens of micrometers. These characteristic dimensions have been measured thanks to non destructive techniques: 3D profilometry and image analysis based on optical observations and infrared thermography. A finite element analysis has been carried out to investigate the crack behavior under laser shock wave propagation using a cohesive contact to account for the interface behavior.The interfacial flaw growth under macroscopic shear loading has been characterized with optical observations and the digital image stereo-correlation technique. The related finite element analysis enabled to identify the local loading along the crack front and gave a first explanation about the shapes of the delaminated area observed experimentally. This analysis relies on a cohesive zone model whose applied boundary conditions are established from the displacements measured by digital image correlation technique. By this way, the delamination growth was revealed to be mostly driven by local shear (mode II and III) and the crack opening (mode I), induced by the buckling of the deposited layer and the macroscopic shear, makes the delamination growth easier. Finally, the influence of the macroscopic shear loading on the interfacial delamination has been studied from three different macroscopic shear loadings. The finite element analysis based on linear elastic fracture mechanics in a homogenous material has allowed to study the influence of the macroscopic shear loading on the local loading along the crack front

Les outils de simulations sont de plus en plus performants permettant une description très fine des phénomènes. De plus ces outils ne se limitent plus à la mécanique linéaire, mais sont développés pour décrire des comportements plus compliqués allant jusqu'à la ruine des structures. Un chargement dynamique ou statique peut ainsi engendrer un endommagement, une fissuration puis une rupture de la structure. La dynamique rapide permet de simuler des phénomènes tels que des chocs et impacts sur structure. Le domaine d'application est très varié. Il concerne par exemple l'étude de la durée de vie et les scénarios d'accidents de la cuve du réacteur nucléaire. Il est alors très intéressant pour les codes de dynamique de pouvoir prédire de tels phénomènes: l'évaluation de l'endommagement dans la structure et la simulation de propagation de fissure constituent un enjeu essentiel. Pour ce faire la méthode des éléments finis étendus a l'avantage de s'affranchir de remaillage et de projection de champs. Effectivement la fissure est décrite cinématiquement via une stratégie appropriée d'enrichissement sur des degrés de liberté supplémentaires. On met en évidence ensuite les difficultés liant la discrétisation spatiale de cette méthode avec la discrétisation temporelle d'un schéma de calcul explicite : l'écriture diagonale de la matrice de masse et le pas de temps de stabilité associé. On présente donc deux méthodes de diagonalisation de matrice de masse basées sur la conservation de l'énergie cinétique, et des études de pas de temps critiques pour divers éléments finis enrichis. On montre que le pas de temps n'est pas plus pénalisant que celui du problème éléments finis standard
Numerical tools are still more efficient and allow a good description of physical phenomena. Moreover these tools are not restricted to linear mechanics, but are a Iso developped for more complex behaviour such as fracture. Dynamic or static loadings can create damage, micro cracks and then fracture of structure. Fast dynamic allows to compute phenomena such as crash, impacts on structure. Application domain is really broad; th us it a Iso concerns resistance and accidents for nuclear reactor tank. Lt is interesting for numerical codes to be able to predict these situations: damage evolution and crack propagation consist in being an essential challenge. Th us the eXtended Finite Element Method allows to avoid remeshing and field projection. The crack is kinematically described by the use of additional degrees of freedom. One can underline the difficulties between the eXtended Finite Element Method and the explicit lime integration: the diagonal mass matrix and the corresponding critical lime step. One presents two lumping techniques based on the conservation of kinetic energy, and critical time steps of enriched elements. One demonstrates thal the critical lime step is almost the same !han the one corresponding to the finite element problem, and is independant of the position of the crack

La forme et l'orientation des microcavités sont prises en compte dans le modèle éléments finis développé pour améliorer la prédiction d'apparition et de propagation de fissures. La loi d'évolution de porosité due à la nucléation est modifiée pour répondre au problème de la non évolution de l'endommagement en cisaillement pur. Une procédure d'identification par méthode inverse des paramètres d'endommagement est mise au point. Cette méthode est basée sur la corrélation des résultats expérimentaux et numériques, d'essais de traction et d'essais de type Arcan. L'identification a été réalisée pour le cas d'un matériau anisotrope en aluminium. Pour obtenir une indépendance à la taille du maillage, deux stratégies sont proposées : par remaillage basé sur un critère d'endommagement et/ou par détermination des paramètres d'endommagement en fonction de la taille du maillage. Ces différents travaux sont illustrés par plusieurs comparaisons expérimentales numériques d'essais sur longeron en aluminium
The shape and orientation of the microvoids are taken into account in the finite element model developed to improve the prediction of cracks occurrence. The evolution law of porosity due to nucleation is modified to solve the problem of the non-evolution of damage in pure shearing. An identification procedure of damage parameters by the inverse method is developed. This method is based on the correlation of experimental and numerical results, obtained from tensile and Arcan tests. The identification was carried out in the case of an anisotropic aluminium material. To obtain an independence with the mesh size, two strategies are used : by an adaptive meshing based on a damage criterion and/or by the determination of the damage parameters according to the size of the mesh. This work is illustrated by several confrontations of experimental/numerical tests carried out on an extruded aluminium tube

Les structures de genie civil sont assujetties a des ruptures dynamiques et l'effet de l'inertie ne peut etre neglige. Pour l'analyse d'un probleme de rupture, il est fondamental de comprendre les phenomenes d'amorcage, de propagation et d'arret de fissures. Des developpements theoriques et numeriques des integrales invariantes en rupture dynamique bases sur une generalisation de l'integrale de destuynder g-theta sont presentes. Dans le cas plus general de mode mixte, nous avons propose une nouvelle methode de decouplage. L'integrale m est une loi de conservation bilineaire. Les avantages du champ theta nous ont amene a developper l'integrale m-theta. L'objectif principal de cette nouvelle methode est la separation des modes de rupture. Les resultats de notre methode compares a ceux d'autres methodes de la litterature s'averent tres convainquants. L'etude de la propagation de fissure necessite la prise en compte d'une vitesse de propagation, les criteres associes et la mesure de la tenacite dynamique. La tenacite definit la valeur critique du facteur d'intensite de contraintes qui depend de la vitesse de propagation de la fissure. La limite des solutions analytiques et la difficulte des essais experimentaux ont permit une orientation vers des methodes numeriques. L'objectif de ce travail est la simulation de la propagation et de l'arret de fissures avec des approches energetiques. Un algorithme est propose pour la modelisation de propagation de la fissure basee sur l'equilibre energetique du systeme. En effet, il est possible de quantifier l'energie necessaire a l'extension de la fissure. Notre approche numerique est validee par une comparaison avec des resultats experimentaux. Nous avons implante ces methodes dans le code de calcul castem 2000 du c. E. A. Plusieurs applications numeriques sont montrees pour mettre en evidence le comportement numerique de ces methodes et la possibilite d'identification des facteurs d'intensite de contraintes d'une fissure en propagation.