Approches multi-échelles des composites granulaires avec effets d'interface : applications aux nanocomposites et composites cimentaires

Modelling composite media in view of determining its effective mechanical behaviour has been the topic of a large number of research papers. Some analytical and numerical models that can be found in the scientific literature on this topic take into account the interface effects that can arise at inclusions' boundaries. These interfaces have a major influence on the mechanical properties of composites according to some researchers. However, the models considering them are limited to spherical and cylindrical inclusions. In this work, several multi-scale approaches and models are developed to consider interface effects in the determination of the effective elastic and poroelastic properties and the failure mechanisms of granular composites. These models are performed on both spherical and ellipsoidal shapes of inclusions. The latter has led us to investigate an anisotropic inter-granular failure in granular media. The failure models developed in this work are applied to the microstructure of C-S-H gels (a cement paste hydrate) in order to improve the existing models on cement paste failure. The predictions of these improved models are compared to experimental data on the compressive strength of cement pastesCe travail s'inscrit dans le contexte des recherches menées pour la modélisation des composites aléatoires, permettant de déterminer leurs propriétés mécaniques effectives (élasticité et résistance). Parmi les modèles micromécaniques, numériques ou analytiques, développés dans ce but, on retrouve certains qui prennent en compte les effets d'interfaces se produisant aux frontières des inclusions des composites. Ces interfaces ont, selon plusieurs auteurs, une grande influence sur les propriétés élastiques et de rupture. Les modèles les considérant à ce jour sont néanmoins limités aux cas d'inclusions sphériques ou cylindriques. Dans cette thèse, nous proposons plusieurs approches et modèles micromécaniques (ou multi-échelles) qui permettent de déterminer les propriétés élastiques et poroélastiques ainsi que les modes de ruptures de matériaux composites granulaires présentant divers effets d'interfaces. Les morphologies inclusionnaires étudiées ne se limitent pas à la forme sphérique mais s'étendent également aux inclusions ellipsoïdales ce qui nous a amené à examiner une rupture inter-granulaire anisotrope. Les modèles de rupture développés dans ce travail ont été appliqués aux gels de C-S-H (hydrates de la pâte de ciment) ce qui a permis d'améliorer les modèles de rupture consacrés aux pâtes durcies. Les prédictions de ces modèles ont pu être confrontées à des données expérimentales de résistance à la compression simple des pâte