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Propriétés Effectives De Matériaux Architecturés Justin Dirrenberger

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Propriétés Effectives De Matériaux Architecturés Justin Dirrenberger Propriétés effectives de matériaux architecturés Justin Dirrenberger To cite this version: Justin Dirrenberger. Propriétés effectives de matériaux architecturés. Autre. Ecole Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2012. Français. NNT : 2012ENMP0045. pastel-00797363 HAL Id: pastel-00797363 https://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00797363 Submitted on 6 Mar 2013 HAL is a multi-disciplinary open access L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est archive for the deposit and dissemination of sci- destinée au dépôt et à la diffusion de documents entific research documents, whether they are pub- scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, lished or not. The documents may come from émanant des établissements d’enseignement et de teaching and research institutions in France or recherche français ou étrangers, des laboratoires abroad, or from public or private research centers. publics ou privés. ABCBD École doctorale n◦432: Sciences des Métiers de l’Ingénieur (SMI) Doctorat ParisTech THÈSE pour obtenir le grade de docteur délivré par l’École Nationale Supérieure des Mines de Paris Spécialité “Science et Génie des Matériaux” présentée et soutenue publiquement par Justin DIRRENBERGER le 10 décembre 2012 Propriétés effectives de matériaux architecturés Effective properties of architectured materials Directeurs de thèse: Samuel FOREST Dominique JEULIN Jury M. Yves BRÉCHET, Professeur, SIMAP, Grenoble-INP Président M. Albrecht BERTRAM, Professeur, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Rapporteur M. Rémy DENDIEVEL, Professeur, SIMAP, Grenoble-INP Rapporteur M. Michel BORNERT, Ingénieur en Chef des Ponts, Eaux et Forêts, Navier, École des Ponts-ParisTech Examinateur M. Pierre GILORMINI, Directeur de recherche, PIMM, Arts et Métiers-ParisTech / CNRS Examinateur M. Marc THOMAS, Ingénieur de recherche, DMSM, ONERA Examinateur M. François WILLOT, Chargé de recherche, CMM, MINES-ParisTech Invité M. Samuel FOREST, Directeur de recherche, CdM, MINES-ParisTech / CNRS Directeur de thèse M. Dominique JEULIN, Directeur de recherche, CMM, MINES-ParisTech Directeur de thèse MINES-ParisTech / CNRS UMR 7633 Centre des Matériaux 91003 EVRY Cedex, France Il ne s’agit plus de créer une belle œuvre, il faut savoir s’organiser une belle réclame. — Octave Mirbeau, Le Manuel du savoir-écrire (1889) Pour Flo. Remerciements / Acknowledgements Quelle meilleure introduction pour un manuscrit de thèse que la périlleuse épreuve des remerciements ? S’ils sont à l’image du candidat, je pense volontiers qu’ils reflètent aussi le contenu de la thèse. Je me suis alors senti obligé de faire preuve de bon sens, d’audace et d’honnêteté intellectuelle, tout en essayant, tant bien que mal, d’éviter les lieux communs et le piège des émotions. Mes premiers remerciements vont à mon directeur de thèse Samuel Forest, qui a bien voulu m’accorder sa confiance alors qu’il n’avait que peu d’éléments pour le convaincre. Ce serait un euphémisme de dire que j’ai beaucoup appris à ses côtés. Tous ceux qui ont l’honneur d’avoir été ses élèves savent quelle déférente affection ils éprouvent pour le Maître si bienveillant qui les a guidés. Maître scientifique, mais aussi source d’inspiration. Samuel, veuillez trouver ici un trop faible témoignage de toute la considération que je vous porte. J’aimerais de la même façon exprimer ma gratitude toute particulière envers mon autre directeur de thèse, Dominique Jeulin, qui a su partager son enthousiasme et son savoir sans bornes au profane curieux que j’étais et qui m’a ainsi fait découvrir cette discipline passionnante qu’est la morphologie mathématique. Ce fût un honneur de préparer mon doctorat sous votre direction. Je souhaiterais maintenant remercier les membres de mon jury d’avoir accepter de se pencher sur mes travaux, en commençant par les rapporteurs. Ich danke Prof. Albrecht Bertram für das akribische Studium meiner Doktorarbeit und für seine einschlägigen Bemerkungen. Zudem danke ich ihm dafür, dass er mir durch sein Seminar an der École des Mines eine neue Sichtweise auf die Kontinuumsmechanik aufgezeigt hat. Un grand merci à Rémy Dendievel pour avoir accepté de rapporter sur ce travail à la dernière minute, et pour avoir constamment enrichi ma réflexion au cours de ces trois dernières années. J’adresse mes plus sincères remerciements à Yves Bréchet pour avoir bien voulu présider mon jury de thèse. Je garderai un souvenir intense de nos discussions animées à propos du marquis de Condorcet ou de la bielle architecturée et autres moutons pentapodes. iii Remerciements / Acknowledgements Sans la contribution discrète de Michel Bornert, je n’aurais peut-être jamais entrepris une thèse en mécanique des matériaux. En effet, c’est en suivant son cours de master que je me suis intéressé à la question. Nos chemins se sont croisés à maintes reprises ces quatre dernières années, j’espère que ce n’est qu’un début ; je vous remercie d’avoir bien voulu juger mon travail. Merci à Pierre Gilormini de m’avoir fait l’honneur d’apporter, avec l’art et la manière, les précisions nécessaires à mon manuscrit lors de la soutenance. Je souhaiterais remercier chaleureusement Marc Thomas d’avoir participé en tant qu’examinateur à mon jury de thèse, merci également à François Willot d’y avoir pris part. Une thèse se résume parfois à trois années de frustration face à une expérience infructueuse ou à taper des lignes de code vertes sur un écran noir. Dans mon cas ça a aussi été l’occasion de participer à un certain nombre de réunions d’avancement du projet ANR MANSART et de côtoyer des gens avec qui j’ai apprécié travailler. Je remercie Marc Thomas et Yves Bréchet d’avoir si bien mené la barque du projet MANSART et fait émerger un environnement que je qualifierais d’exceptionnel pour les doctorants. Sans m’étendre davantage et sans ordre particulier, merci à Magali Dugué, Amélie Kolopp, Marion Amiot, Loïc Courtois, Pierre Leite, Christophe Bouvet, Dominique Poquillon, Valia Fascio, Yannick Girard, Sophie Gourdet, Cécile Davoine, Frank Simon, Eric Maire, Michel Perez, Marc Fivel, Pierrick Péchambert, Dominique Bissières, Anne Perwuelz, Maryline Lewandowski et Sjoerd van der Veen. Ce travail a été préparé principalement au Centre des Matériaux à Evry, dont j’aimerais remercier les 3 directeurs successifs, Esteban Busso, Yves Bienvenu et Jacques Besson, pour m’avoir accueilli et fourni dans un environnement de travail lui aussi exceptionnel. Je souhaiterais remercier l’ensemble des membres du CdM pour leur convivialité et plus spécifiquement Olivier et Grégory pour le support informatique indispensable, Odile pour les références bibliographiques improbables, Véronique pour le support logistique, Liliane et Konaly pour la pré-soutenance. J’ai eu la chance de collaborer avec plusieurs équipes au CdM, merci donc à l’équipe SIP, notamment Jean-Dominique Bartout et Christophe Colin, merci à l’équipe VAL, notamment Djamel Missoum-Benziane pour ses Zébulonneries et Nikolay Osipov pour le maillage, et enfin un grand merci à l’équipe COCAS et ses membres distingués, Georges Cailletaud, David Ryckelynck et Matthieu Mazière. Merci à Anne-Françoise Gourgues-Lorenzon pour m’avoir incité à aller regarder la microstructure de mes échantillons. Merci à Jérôme Crépin pour ses précieux conseils que j’ai tenté de mettre en application tant bien que mal. Merci à Franck N’Guyen pour son aide en Matlab et en C++. Merci aux camarades du bureau B127, Nicolas, Damien, Bahram, Édouard, Ozgur, Victor, Aurélien et Mouhcine. Merci aussi à Meriem, Anthony, Antonin, Xu, Olivier, Manu, Pierre, Duy, Laure-Line, Morgane, Arina, Prajwal, Arthur, Konstantin, Charlotte, Rémi, Mamane, Christophe, Guillaume, Julian, Laurent, Flora, Mélanie, Antoine, Jia, Judith, Philippe et Francesco au CdM, ainsi que Noémie, Alexandre et Dominique à l’ONERA. J’ai aussi eu la chance d’être accueilli par l’équipe du Centre de Morphologie Mathématique à Fontainebleau, je tiens à remercier tout particulièrement Charles Peyrega, Julie Escoda, Matthieu Faessel et Hellen Altendorf. Merci aussi aux compagnons de route des matériaux architecturés, Olivier Bouaziz, Laurent Laszczyk, Arthur Lebée, Sébastien Turcaud, Lorenzo Guiducci et John Dunlop. Je remercie chaleureusement Felix Fritzen pour ses passages, toujours enrichissants, au CdM. iv Remerciements / Acknowledgements J’aimerais aussi profiter de l’occasion pour remercier Clotilde Berdin de l’Université Paris-Sud pour m’avoir permis d’enseigner pendant ma thèse. Je tiens aussi à remercier spécialement André Pineau pour nos nombreuses discussions à bâtons rompus sur l’industrie, la recherche, l’histoire des idées et, bien sûr, les aciers inoxydables, en espérant qu’il ne m’en veuille pas trop de partir étudier les bétons en Angleterre... D’une manière générale, je tiens à remercier toutes les personnes qui m’ont accordé leur confiance ou qui m’ont laissé ma chance au cours de mes études, il aura fallu un invraisemblable concours de circonstances pour que je termine ce chapitre de ma vie. Sans nommer les acteurs de cette aventure, je leur rends ici hommage. Merci à mes parents, à Lucas et à Matthieu pour leur soutien indéfectible depuis 1985. Pour finir, mes sentiments les plus profonds et ma gratitude la plus sincère sont adressés à la best partner in crime ever, Flo. La réalisation de ce projet n’aurait jamais été possible sans ta patience et ton soutien continu depuis toutes ces années. Ta belle âme m’inspire quotidiennement, j’espère que tu voudras bien assumer cette responsabilité encore quelques décennies. Paris, le 23 janvier 2013 Justin Dirrenberger v Abstract Architectured materials bring new possibilities in terms of structural and functional properties, filling gaps and pushing the boundaries of Ashby’s materials maps. The term "architectured materials" encompasses any microstructure designed in a thoughtful fashion, so that some of its materials properties have been improved. There are many examples: particulate and fibrous composites, foams, sandwich structures, woven materials, lattice structures, etc. One engineering challenge is to predict the effective properties of such materials. In this work, two types of microstructures are considered: periodic auxetic lattices and stochastic fibrous networks.
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