L'objectif de cette thèse est d'étudier l'influence de la vitesse de déformation sur la réponse par indentation des matériaux. Les matériaux polymères thermoplastiques, notamment le Polycarbonate (PC), le Polyméthylméthacrylate (PMMA), le Polyéthylène à Haute Densité (PEHD) et le Polyamide Nylon 6.6 renforcé à 30% de fibres de verres (PA 6.6-30% GFR), ont été choisis comme matériaux d'études en raison de leur forte sensibilité à la vitesse de déformation même à température ambiante. Les deux premières parties de ce travail sont focalisées sur l'étude du comportement thermomécanique des matériaux polymères. Une étude bibliographique sur des matériaux polymères thermoplastiques, amorphes et semi-cristallins, a été effectuée afin de comprendre leur microstructure et leur mécanisme de déformation. De plus, des essais de compression simple ont été réalisés sur les matériaux d'étude à différentes vitesses de traverse constantes puis dépouillés analytiquement. Les trois derniers chapitres de cette thèse sont consacrés à la caractérisation mécanique des matériaux par indentation. En premier lieu des simulations numériques de l'essai d'indentation conique ( =70,3°) à une vitesse de pénétration constante ( = 1 µm/s) ont été effectuées à partir des paramètres de la loi de G'sell modifiée et de la loi puissance identifiés par compression. L'identification par analyse inverse des paramètres de la loi de G'sell modifiée à 7 paramètres sur des courbes pseudo-expérimentales nous a permis de confirmer la non unicité de la solution. Ainsi, nous avons effectué l'étude théorique de l'indentation sur des matériaux pseudo-expérimentaux en utilisant la loi puissance. Un nouveau concept de déformation représentative et de vitesse de déformation représentative, basé sur l'analyse du domaine de solution regroupant l'ensemble des paramètres donnant les mêmes courbes d'indentation, a été proposé. La procédure d'identification des paramètres de la loi puissance par indentation utilisant ce concept de déformation représentative et de vitesse de déformation représentative, appliquée sur un matériau pseudo-expérimental donne des résultats très satisfaisants. Sur les matériaux d'étude en revanche la méthode n'a pu révéler son potentiel puisque la loi de comportement de ces matériaux n'est pas correctement modélisée par une loi puissance sur une large plage de déformation et de vitesse de déformation. Enfin, le concept de déformation représentative et de vitesse de déformation représentative proposé dans ce travail apporte de nouveaux outils d'analyse et d'exploitation des données de l'indentation et offre des perspectives très intéressantes.

L'emboutissage est une technique de mise en forme des tôles métalliques. L'emboutissage est généralement suivi par un phénomène de retour élastique de la tôle emboutie. Le phénomène de retour élastique correspond à une modification de la géométrie de la tôle après enlèvement de la charge d'emboutissage. L'écrouissage du matériau est l'un des facteurs les plus importants qui influence ce phénomène. Dans cette thèse, l'écrouissage de différentes tôles dédiées à l'emboutissage a été étudié en utilisant la technique d'indentation instrumentée. Cette technique permet d'obtenir la loi d'écrouissage d'un matériau à partir de la mesure de l'évolution de l'enfoncement d'une bille dans le matériau testé en fonction de l'effort appliqué sur cette bille. Trois aspects essentiels de l'écrouissage ont été étudiés : La variation de la loi d'écrouissage dans l'épaisseur de la tôle, le niveau d'écrouissage atteint par la tôle après déformation plastique et le type d'écrouissage. Le test d'indentation instrumentée a permis de caractériser chacun de ces aspects influençant le retour élastique. Cet outil peut ainsi être utile dans une démarche d'amélioration de la prédiction du phénomène de retour élastique en emboutissage.

Une thermofrigopompe (TFP) est une machine frigorifique qui produit du froid et de la chaleur utiles. L’objectif de ces travaux est de développer le concept de thermofrigopompe pour la production de froid et le dessalement. Le dessalement est réalisé en utilisant la chaleur rejetée au condenseur de la TFP. La technique de dessalement retenue après étude bibliographique est l’AGMD (air gap membrane distillation) pour ses températures de fonctionnement compatibles avec la température de condensation des machines frigorifiques classiques. Ce procédé de distillation a été caractérisé grâce à une installation pilote pour diverses conditions de températures, de débits, d’épaisseurs d’air gap et de compositions de solutions. Une étude de longue durée associée à une observation au MEB a permis évaluer le niveau colmatage des membranes. Un modèle numérique a ensuite été développé à partir des premiers résultats expérimentaux. Des simulations ont permis de dégager des tendances de comportement d’une machine couplée TFPMD. Enfin, un prototype a été construit à partir d’un petit réfrigérateur et d’une cellule d’AGMD fabriquée par impression 3D. Les mesures expérimentales ont permis de valider le concept de TFPMD et d’obtenir de premiers résultats de performance prometteurs. La valorisation de l’énergie thermique perdue par les équipements frigorifiques pour effectuer du dessalement semble donc une solution intéressante au manque d'eau douce qui peut survenir dans de nombreuses régions de la planète.

Ce présent travail concerne les aspects de la réparation et du renforcement des ouvrages utilisant des matériaux composites et plus particulièrement, il traite le cas des poutres en béton endommagées. La méthode de renforcement des ouvrages en béton par collage de matériaux composites est une pratique qui connaît actuellement un essor important. Dans cette optique, on propose d’apporter une contribution à l’analyse du comportement des poutres endommagées en béton par matériaux composites. La nouvelle méthode de renforcement interne NSM (Near Surface Mounted) consiste en l’insertion de bandes de Polymères Renforcées de Fibres (PRF) dans des engravures préparées préalablement dans le béton d'enrobage des surfaces tendues, remplies de résines époxydiques pour fixation. Pour construire un système renforcé de NSM efficace, les armatures en PRF doivent être en mesure de transférer ses efforts longitudinaux développés à l'élément de flexion en béton armé afin d'assurer l’action du composite, avec une compatibilité de déformation des matériaux. Les spécimens testés sont composés de poutres coutres avec une section rectangulaire de (100 mm x180 mm) et une longueur de 1300 mm renforcés avec PRFC-NSM. D’autres spécimens de poutres rectangulaires ont été testés avec une section de 200 mm x 400 mm et une longueur de 2300 mm, les renforts en PRF utilisés sont des plats ou des joncs. Les paramètres étudiés dans ce travail concernent la classe de résistance en compression, le taux de renfort, le type de composite et le degré d’endommagement. L’étude expérimentale sur le comportement des poutres endommagées puis renforcées sollicitées en flexion 4 points a dévoilé beaucoup de critères de performances en termes de ductilité, de rigidité et de capacité portante. Une modélisation analytique a été menée afin de comparer les réponses moment-courbure analytiques avec celles obtenues expérimentalement. Une fois cette modélisation validée, l’approche analytique a été couplée avec la méthode des plans d’expériences dans le but d’évaluer l’influence de différents paramètres et leurs interactions tels que le type de renfort (carbone, Joncs, aramide), le taux d’armatures passives et de renfort et la classe de résistance sur les réponses concernant la capacité portante et la ductilité des poutres renforcées.

L'objectif de cette thèse est de développer de nouveaux matériaux isolants bio-sourcés pour le bâtiment qui contribuent à réduire leurs impacts environnementaux. Les matériaux développés doivent avoir une faible énergie grise et une faible empreinte carbone. Ils doivent également contribuer à réduire les besoins énergétiques des bâtiments tout en assurant un confort hygrothermique élevé des utilisateurs. Tout d'abord, des matières premières d'origine agricole (chènevottes, anas de lin, paille de blé, paille de colza et rafles de maïs) sont caractérisées d'un point de vue chimique, physique, hygrothermique et mécanique, dans la perspective de développer des composites bio-sourcés destinés à l’isolation des bâtiments. Leur composition chimique se révèle intéressante pour le développement d'un liant vert. Une étude visant à évaluer cette aptitude est donc réalisée. A l'issue de cette dernière, deux liants correspondants à des extractions réalisées sur les rafles de maïs et sur les fines de lin sont retenus. D'autres liants provenant de l’industrie sont également sélectionnés pour la confection de composites. Puis des composites sont fabriqués pour étudier l'influence des granulats, du liant, de la granulométrie des granulats, de la réalisation d'un pré-traitement alcalins des granulats et de la pression de compaction appliquée lors de la mise en œuvre des composites sur leurs performances hygrothermiques ainsi que leurs propriétés mécaniques. Enfin, la résistance à l'immersion accidentelle et à l'humidité ainsi que la réaction au feu des formulations les plus prometteuses sont étudiées.

En réponse à une forte croissance démographique mondiale, et notamment africaine, il est nécessaire d’anticiper les besoins de la population en terme de bâtiment. Il s’agit alors de développer des matériaux alternatifs présentant des performances multi-physiques adéquates tout en ayant un faible impact sur l’environnement. Ce travail porte sur l’élaboration et la caractérisation de composites utilisables comme produits constructifs de partition (cloison, faux plafonds). La sélection des matières premières intègre des critères de développement durable, en considérant leur disponibilité locale mais également leur empreinte en terme d’épuisement des ressources (matériaux recyclés ou bio-sourcés). Les liants utilisés sont le plâtre, l’amidon de pomme de terre et l’amidon de manioc. Les charges sont la fibre de bois, la ouate de cellulose et les granules de papiers, pour une valorisation originale en matériau de construction. Les performances des composites développés sont évaluées d’un point de vue mécanique, hygrique, thermique et en terme de résistance au feu. Ces travaux ont montré la faisabilité et l’intérêt de tels composites. Ceux-ci peuvent notamment être utilisés pour leur qualité de régulateur hygrique et de correcteur thermique.

La prédiction des conditions thermiques confortables à l'intérieur d'une cabine de véhicule reste un défi en raison du comportement transitoire de cet environnement. Le développement des modèles d'écoulement reste toujours une préoccupation pour les chercheurs en raison de la géométrie complexe de la cabine et de la complexité du système de ventilation (débit, emplacement et géométrie des diffuseurs d'air). Le confort thermique a été largement étudié dans le bâtiment, alors que le confort thermique dans les véhicules est un sujet relativement nouveau, avec peu d'études qui y sont dédiées. La norme actuellement disponible destinée à l'évaluation de l'environnement thermique du véhicule, EN ISO 14505, propose des modèles d'évaluation des bâtiments, qui ne répondent pas aux exigences de l'évaluation de l'environnement cabine. Contrairement à l'environnement intérieur des bâtiments, le climat de la cabine de véhicule est dominé par des conditions transitoires thermiques: environnement thermique fortement non uniforme associé aux vitesses élevées de l'air localisé, des niveaux plus élevés d'humidité relative, le flux de chaleur solaire et le flux de chaleur radiatif des surfaces intérieures, l'intensité solaire et sa diffusion sur les différents types de matériaux et niches de surface de la cabine, les angles d'incidence du rayonnement solaire, etc. En l'absence de modèles d'évaluation adaptés à cet environnement, la littérature disponible est dispersée autour des articles traitant des conditions environnementales dans le véhicule susceptible d'affecter le confort thermique de l'homme ainsi que de celles concernant la réaction de l'homme et la perception de son interaction avec l'environnement. Dans ce contexte, nous avons décidé d'orienter le sujet de la thèse autour de la problématique complexe de l'environnement thermique de la cabine et de ses effets sur l'état thermique du conducteur et du passager. Le manuscrit présente des études numériques et expérimentales des effets de différentes grilles passives sur le confort thermique des passagers. Ainsi, les objectifs généraux du projet de recherche doctorale pourraient être résumés comme suit: approfondir les connaissances et comprendre les phénomènes thermiques qui se produisent dans l'environnement thermique de la cabine; développer un mannequin thermique avancé capable d'évaluer le confort thermique de la cabine; développer et valider un modèle numérique complexe afin de mieux comprendre les phénomènes complexes précédemment évoqués. Ces trois objectifs généraux visaient à soutenir l'objectif principal de la recherche doctorale, à savoir: l'amélioration de la sensation thermique des occupants du véhicule, par la mise en œuvre de diffuseurs d'air innovants. À cette fin, nous avons orienté nos recherches vers des diffuseurs à géométrie spéciale permettant des mécanismes de contrôle du débit et permettant d'améliorer le mélange entre l'alimentation en air par le système de ventilation et l'air ambiant dans la cabine. Au cours de la quête complexe, nous pourrions avoir l'opportunité de nous familiariser avec les phénomènes thermiques, afin d'analyser le rôle réel joué par les paramètres d'environnement transitoires, dans la perception du confort thermique et dans son estimation. Pendant toute cette quête, nous avons essayé de rester sur une ligne qui permettrait finalement de répondre à un ensemble de questions fondamentales, à savoir: dans quelle mesure ce type de paramètres peut affecter la perception du confort, ainsi que les conséquences d'une évaluation "incomplète" proposée par les modèles existants ? Dans ce contexte, comment la conception de la ventilation et de la climatisation est-elle affectée par l'utilisation des modèles actuels pour pré-évaluer le bon fonctionnement des systèmes CVC - en particulier pour les véhicules – et un environnement acceptable pour ses utilisateurs ?

L'objectif de cette thèse est de développer de nouveaux composites isolants biosourcés à partir de coproduits de l'agriculture exploitables dans le secteur du bâtiment. Les travaux s'organisent en trois principales étapes : La première, au travers d'un travail de formulation et de caractérisation, vise à évaluer les propriétés mécaniques, thermiques et hygriques de composites biosourcés obtenus par agglomération de granulats végétaux avec différents types de liants biosourcés et minéraux. Plusieurs agro-ressources sont envisagées (paille de blé, colza, anas, chènevotte et rafles de maïs). Une solution associant des granulats de chènevotte avec un liant biosourcé thermodurcissable est sélectionnée. La suite des travaux se focalise sur la recherche d'un procédé de mise en forme adapté à la fabrication de panneaux rigides isolants réalisés à partir de la formulation du composite de chènevotte. La fabrication de panneaux composites est testée sur différents outillages disponibles en laboratoire ainsi que sur des outils industriels permettant de tester les différentes technologies existantes. La possibilité de fabriquer le panneau rigide isolant de chènevotte sur une ligne de production industrielle entièrement automatisée est démontrée. Enfin, de nouvelles solutions permettant d'améliorer la réaction au feu des panneaux composites sont testées ce qui permet d'identifier des solutions adaptées au composite étudié.

Les matériaux alcali-activés (AAM) sont souvent considérés par la communauté scientifique internationale comme une possible alternative à l’utilisation du ciment Portland (OPC) dans les matériaux de construction. Les principaux objectifs de cette thèse sont d'évaluer les propriétés physico-chimiques et mécaniques, ainsi que la durabilité de différents mortiers alcali-activés à base de laitiers de hauts fourneaux, de métakaolins et de leurs mélanges. L’étude des propriétés telles que le temps de prise, la porosité et l’absorption capillaire a permis de caractériser la structure porale des différents mortiers et ainsi souligner les différences de morphologie obtenues avec l’OPC et les AAM. L’incidence sur les performances de la nature de l’activateur alcalin associé au laitier est évaluée. L’intérêt de l’introduction de différents adjuvants susceptibles de modifier la prise, la porosité, l’absorption capillaire, la sorptivité,… ou d’ajouts intervenant comme régulateur de retrait (ajout de gypse) est discuté. L’analyse du retrait chimique et endogène indique une réponse bien spécifique pour le laitier activé et une forte interaction entre retrait endogène et retrait de dessiccation dans le cas des AAM à base de métakaolin. Dans tous les cas, les conditions de cure sont déterminantes. L’analyse de la durabilité des AAM repose sur des tests de carbonatation accélérée, de gel dégel et d’attaques acides et sulfatiques. La carbonatation rapide des AAM engendre une réduction limitée du pH. Les mortiers AAM sont plus sensibles au gel-dégel dans l’eau qu’au gel dans l’air et dégel dans l’eau. L’étude à l’attaque acide révèle différents mécanismes de dégradations des AAM en lien avec leur composition. Les AAM apparaissent plus résistants que l’OPC. Les résultats obtenus sur les AAM avec ajout de gypse ont permis également de conclure que la réaction sulfatique interne n’est pas préjudiciable dans une matrice AAM contenant une quantité de gypse limitée.

Dans notre vie quotidienne, le transfert de la chaleur et de l’énergie constitue la base de nombreux processus industriels. L’épuisement progressif des énergies fossiles conduit à améliorer et optimiser les rendements de ces échanges par de nouveaux procédés. Pour cela, une idée d’améliorer la performance thermique des fluides dans les échangeurs de chaleur a été proposée pour réduire l’énergie consommée pour l’échange de chaleur. Cette idée est basée sur l’introduction des nanoparticules solides qui présentent des propriétés thermiques beaucoup plus importantes que les liquides caloporteurs dans ces derniers, en obtenant un nanofluide. Cette introduction a pour effet d’augmenter la conductivité thermique du fluide mais d’autre part provoque une augmentation défavorable de sa viscosité qui résulte en une augmentation de la puissance de pompage. Alors il faut faire un compromis entre la stabilité, la conductivité thermique et la viscosité des nanofluides. Dans cette étude, des nanofluides à base de graphène à quelques couches et un fluide commercial, Tyfocor® LS, ont été préparés dans la gamme de concentration massique 0,05-0,5% en utilisant trois surfactants différents. Une étude complète sur ces nanofluides est présentée, y compris la synthèse des feuillets de graphène, la préparation des nanofluides et l’étude de leur stabilité, ainsi que l’évaluation expérimentale de leurs propriétés thermophysiques en fonction de la concentration en graphène, du type de surfactant utilisé et de la température dans la gamme 283,15-323,15 K. Finalement, sur la base de ces résultats et par une approche qualitative, le potentiel applicatif des nanofluides dans des systèmes énergétiques est déterminé pour sélectionner le meilleur candidat. Les résultats ont montré une bonne amélioration de la performance thermique par rapport aux fluides de base dans la gamme de température testée et surtout le nanofluide de la série du surfactant Pluronic® P-123 de concentration massique 0,25%.