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Résumé : Au cours de ce travail, nous avons proposé une caractérisation "multi-échelle" des matériaux mous à travers
des montages originaux permettant la mesure simultanée des quantités macroscopiques et microscopiques. Dans
une première partie de nos travaux, nous avons associé une méthode optique introduite récemment, la diffusion
multiple de la lumière résolue spatialement (PCI-DWS), avec une sollicitation thermique, afin de suivre l’évolution
de la microstructure d’échantillons à base de corps gras lors d’une rampe de température. Ces expériences ont permis
d’identifier des transitions de phase par PCI-DWS et de les localiser spatialement dans des échantillons hétérogènes.
Dans une deuxième série d’expériences, la même méthode optique a été couplée à des essais mécaniques réalisés
avec une machine de traction commerciale. Pour des éprouvettes de polymère semi-cristallin, nous avons mesuré la
déformation de l’éprouvette par PCI-DWS, sans avoir recours à des marqueurs de surface, contrairement aux méthodes
d’imagerie couramment utilisées. Pour le même polymère, nous avons suivi la dynamique microscopique lors d’essais
de traction dans les deux régimes, élastique et plastique. Nous avons montré que la dynamique microscopique et la
relaxation de la contrainte lors de tests de traction à déformation imposée sont liées par une relation étonnement
simple, que nous avons pu modéliser. Dans une dernière partie de la thèse, nous avons conçu et réalisé un prototype
d’instrument permettant de mesurer simultanément la dynamique microscopique, la force et le déplacement lors
d’essais de traction sur des élastomères. Grâce à cet instrument, nous avons pu mettre en évidence l’existence de
précurseurs dynamiques microscopiques qui précèdent de milliers de secondes l’apparition de signes macroscopiques
de la défaillance du matériau.



Abstract : In this thesis, we introduce a "multi-scale" characterization of soft matter based on novel setups that couple
macroscopic measurements (temperature, force, deformation) to measurements of the microscopic dynamics. In a
first series of experiments, we use a recently introduced optical method, space-resolved diffusion wave spectroscopy
(PCI-DWS), to follow the microscopic dynamics of fat materials during a temperature ramp. This allows us to detect
phase transitions and to localize them in space for heterogeneous samples. In a second series of experiments, the
same optical method is coupled to mechanical measurements performed on a commercial universal traction machine.
For a semi-crystalline polymer, we measure by PCI-DWS the mesoscopic deformation field under tension, with no
need to pre-treat the sample surface as in conventional imaging methods. For the same polymer, we measure the
microscopic dynamics during tensile stress relaxation tests, both in the linear and non-linear regime. We find a
remarkably simple relationship between the microscopic dynamics and the macroscopic stress relaxation, and propose
a simple model to rationalize it. In the last part of the thesis, we have designed and implemented a setup prototype
to measure simultaneously the microscopic dynamics (by PCI-DWS), the force and the deformation during tensile
tests on elastomers. Thanks to this apparatus, we unveil dynamic precursors preceding by thousands of seconds any
microscopic sign of the incipient material failure.

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