ANALYSE DE L'HOMOGENEITE DES CHAMPS DE DEFORMATIONS ET DES CHAMPS DE CONTRAINTES DANS LES MATERIAUX ANISOTROPES AU COURS DES ESSAIS "HORS AXES". SIMULATION NUMERIQUE, EN ELEMENTS FINIS, POUR LES ESSAIS DE TRACTION "HORS AXES" MONTRANT QUE LA TECHNIQUE D'ESSAIS CLASSIQUES (MORS FIXES) PROVOQUE DE FORTES HETEROGENEITES DANS LES CHAMPS DE CONTRAINTES ET DE DEFORMATIONS CE QUI CONDUIT A UNE INTERPRETATION ERRONEE DES RESULTATS. LE MONTAGE EN "ROTULES PONCTUELLES" MIS AU POINT PERMET D'OBTENIR DES CHAMPS HOMOGENES DANS LA QUASI-TOTALITE DES EPROUVETTES. ANALYSE STEREOPHOTOGRAMMETRIQUE A PARALLAXE DE DEFORMATION DES CHAMPS CINEMATIQUES

CE MEMOIRE A POUR OBJET L'ETUDE THEORIQUE DU COMPORTEMENT DES MILIEUX ENDOMMAGES INITIALEMENT ANISOTROPES POUR LAQUELLE DES SIMULATIONS NUMERIQUES SONT PROPOSEES. ELLE SE SITUE, D'UNE PART, DANS UN CADRE THEORIQUE, APPLIQUANT LA THEORIE DES REPRESENTATIONS DES FONCTIONS TENSORIELLES ANISOTROPES, ET D'AUTRE PART, DANS UN CADRE DE SIMULATION NUMERIQUE, DECRIVANT LE COMPORTEMENT MACROSCOPIQUE D'UN MATERIAU ENDOMMAGE INITIALEMENT ISOTROPE ET D'UN MATERIAU INITIALEMENT ORTHOTROPE EN TRACTION SIMPLE. DANS LE CHAPITRE I, NOUS DEFINISSONS L'ETAT D'ENDOMMAGEMENT PAR UNE VARIABLE TENSORIELLE D'ORDRE DEUX CARACTERISEE PAR LE PRODUIT TENSORIEL PAR ELLE-MEME D'UNE VARIABLE TENSORIELLE D'ORDRE UN. DANS LE CHAPITRE II, NOUS RAPPELONS LA THEORIE DES REPRESENTATIONS DES FONCTIONS TENSORIELLES ANISOTROPE ET LEURS APPLICATIONS A UN MILIEU ISOTROPE, ORTHOTROPE DE REVOLUTION, ORTHOTROPE ET A ANISOTROPIE LA PLUS GENERALE. DANS LE CHAPITRE II ET IV, NOUS ETUDIONS L'ENDOMMAGEMENT D'UN MILIEU INITIALEMENT ISOTROPE ET D'UN MILIEU INITIALEMENT ANISOTROPE. DANS LE CHAPITRE V, NOUS PRESENTONS UNE SIMULATION NUMERIQUE D'ESSAIS DE TRACTIONS SUR UN MATERIAU ENDOMMAGE INITIALEMENT ISOTROPE ET D'UN MATERIAU ENDOMMAGE INITIALEMENT ORTHOTROPE.

L’anisotropie est une caractéristique du comportement mécanique des sols dont l’existence est bien connue dans le cas des sols surconsolidés ou déposés par couches au cours de leur formation. Généralement cette caractéristique est négligée dans les projets et ignorée lors des études en laboratoire. L’hypothèse du comportement isotrope des sols est ainsi très largement utilisée en pratique pour des raisons de simplification des calculs et de facilité de dimensionnement des ouvrages. L’emploi des lois de comportement isotrope pour un matériau anisotrope ou la non prise en compte de l’anisotropie dans les calculs des massif de sols entraîne une mauvaise appréciation de la stabilité des ouvrages en service. Une démarche d’observation et de mise en évidence de l’anisotropie a donc été mise en œuvre durant ce travail afin de cerner l’influence de ce phénomène. Nous avons étudié à ces fins deux types principaux d’anisotropie des sols : 1) l’anisotropie induite, cas des sols « homogènes » ayant un comportement anisotrope, due à des surcharges historiques, 2) l’anisotropie inhérente, cas de l’anisotropie structurelle des sols. Nous avons suivi un programme expérimental s’appuyant sur une étude en laboratoire d’éprouvettes de sol reconstitué qui n’étaient pas destinées à simuler un sol naturel précis mais à présenter une forte anisotropie afin que l’on puisse l’observer sans équivoque. Nous avons voulu simplement créer un comportement de référence pour les sols anisotropes et étudier leur comportement anisotrope. Le travail a consisté à étudier en laboratoire le comportement de sols à anisotropie matérielle ou de chargement sous chemins de sollicitation triaxiaux pour caractériser : 1) l’évolution du domaine élastique des petites aux grandes déformations, 2) l’apparition de la plasticité et lors de l’atteinte de la surface de charge, 3) la loi d’écoulement expérimentale. La forme de la surface de charge et l’influence de l’anisotropie transverse sur la loi d’écoulement sont en effet des éléments importants du comportement du sol à proximité des ouvrages de génie civil tels que les parois de soutènement, les fondations ou les tunnels. Une des retombées du travail expérimental a été de tester des modèles de comportement utilisés classiquement pour ces types de sollicitations, dans les outils de calcul comme la modélisation des ouvrages par éléments finis.

Le comportement des matériaux granulaires est souvent décrit à partir des modèles basés sur la théorie des milieux continus. Néamoins certains aspects de ce comportement ne s'expliquent qu'à partir des phénomènes locaux de nature tout à fait discontinue. Une autre approche pour décrire le comportement mécanique des matériaux granulaires est basée sur les mécanismes locaux (forces et déplacements), elle est dite approche micromécanique. L'une des étapes importantes de cette approche est de décrire les forces de contact à partir des contraintes dans le milieu (localisation statique). L'objet de ce travail est de répondre à cet objectif en établissant une expression permettant de définir la distribution des forces de contact pour un milieu formé de particules cylindriques ou sphériques dans un arrangement quelconque. Après avoir proposé l'expression des forces de contact et en écrivant les conditions locales d'instabilité, un critère de plasticité global a été proposé. La validation de l'expression proposée nécessite des informations au niveau des contacts et des particules. Les méthodes expérimentales sont souvent incapables de fournir de telles informations, aussi les simulations numériques sont apparues comme un moyen expérimental performant. Parmi les méthodes de simulation numérique discrète la méthode des éléments discrets s'est imposée ces dernières années. Cette méthode est basée sur les lois du mouvement de corps rigides et les lois de contact des particules. Les simulations effectuées sur des assemblages polydisperses de 1000 particules cylindriques et sphériques montrent que le comportement simulé est représentatif des milieux granulaires réels. La comparaison des distributions de forces de contact obtenues par simulation numérique et celles obtenues à partir de l'expression analytique proposée montre une bonne concordance.

EXPOSE D'UNE THEORIE UNIFIEE POUR L'ETUDE DU COMPORTEMENT MACROSCOPIQUE ANISOTROPE DES SOLIDES A STRUCTURES INTERNES ORIENTEES. PRESENTATION DE LA THEORIE DES REPRESENTATIONS DES FONCTIONS TENSORIELLES ANISOTROPES, DONT LE CADRE FOURNIT LE FORMALISME APPROPRIE POUR LA DESCRIPTION DE COMPORTEMENTS ANISOTROPES. APPLICATION DE CE FORMALISME A LA DESCRIPTION DU COMPORTEMENT PLASTIQUE PARFAIT DES SOLIDES ORTHOTROPES DE REVOLUTION. VERIFICATION EXPERIMENTALE SUR UN COMPOSITE MAT DE VERRE-RESINE. FORMULATION DU COMPORTEMENT PLASTIQUE DES MATERIAUX A ECROUISSAGE ANISOTROPE DANS LE MEME CADRE THEORIQUE. ON PROPOSE UNE GENERALISATION DU CRITERE DE VON MISES POUR LES MATERIAUX ORTHOTROPES ECROUISSABLES. APPLICATION A UNE TOLE D'ACIER LAMINEE

LA DESCRIPTION DU COMPORTEMENT MECANIQUE DES MATERIAUX GRANULAIRES BASEE SUR LA NATURE DE CES MATERIAUX CONSTITUES DE GRAINS INDIVIDUELS OU DE PARTICULES DISCRETES EST UNE DEMARCHE JUSTIFIEE. UNE DOUBLE CARACTERISATION MECANIQUE ET MICROMECANIQUE DES MATERIAUX GRANULAIRES S'IMPOSE DANS LE CADRE DE L'ETUDE DE LEUR COMPORTEMENT. LA PREMIERE CONSISTE A IDENTIFIER LES PARAMETRES MACROSCOPIQUE STATIQUES ET CINEMATIQUES, BEAUCOUP DE LOIS DE COMPORTEMENT ET DE CRITERES ONT ETE PROPOSES DANS CE DOMAINE. LA SECONDE CARACTERISE LES PARAMETRES ET LES VARIABLES LOCAUX. LE PASSAGE DU MILIEU GLOBAL AU MILIEU LOCAL ET L'INVERSE EST UNE DIFFICULTE MAJEURE POUR CE GENRE DE MODELISATION. LA METHODE DES ELEMENTS DISTINCTS PROPOSEE ET DEVELOPPEE PAR CUNDALL UTILISE LE MEME PRINCIPE AVEC CERTAINES HYPOTHESES. CETTE TECHNIQUE PEUT ETRE AUSSI BIEN APPLIQUEE A DES DISQUE QU'A DES SPHERES. DEUX PROGRAMMES SONT TIRES DE CETTE METHODE: BALL ET TRUBAL. CE DERNIER PRESENTE CERTAINS AVANTAGES TEL QUE L'ELIMINATION DES FRONTIERES (PAROIS) ET PERMET DE SIMULER LE COMPORTEMENT DES PARTICULES SPHERIQUES DANS UN PLAN. DES SIMULATIONS NUMERIQUES ONT ETE EFFECTUEES SUR PLUSIEURS ECHANTILLONS DE BILLES DE VERRE A L'AIDE DU MODELE NUMERIQUE. LA COMPARAISON ENTRE CES SIMULATIONS ET DES ESSAIS REALISES AU LABORATOIRE TEL QUE L'ESSAI TRIAXIAL ET L'ESSAI DE CISAILLEMENT DIRECT DONNE UNE BONNE CONCORDANCE DES RESULTATS