La détermination des propriétés en fatigue à grand nombre de cycles des aciers laminés destinés à l'industrie automobile est un processus coûteux en temps et en quantité de matière : 25 éprouvettes et presque un mois d'essais sont nécessaires à l'obtention d'une courbe de fatigue standard. Dans l'objectif de réduire ces temps de caractérisation, une méthode rapide, basée sur l'auto-échauffement de la matière sous sollicitation cyclique est mise en place sur un très grand nombre de nuances. Les mesures d'auto-échauffement mettent en évidence la présence de deux régimes dissipatifs distincts, un pour les plus faibles amplitudes de chargement cyclique et un pour les plus hautes. Un modèle probabiliste à deux échelles est ensuite développé, dont le but est de prévoir le comportement en fatigue à grand nombre de cycles à partir des mesures d'auto-échauffement. Il est composé d'une matrice au comportement élasto-plastique et d'une population d'inclusions possédant un second comportement élasto-plastique dont le seuil d'activation est aléatoire. Les deux régimes d'auto-échauffement peuvent ainsi être décrits fidèlement. En utilisant l'hypothèse du maillon le plus faible et un critère énergétique, une prévision du comportement en fatigue est réalisée. Trois jours seulement sont alors requis pour obtenir une courbe de fatigue complète. La pertinence de l'approche est validée en comparant avec des courbes de fatigue standards. Puis, des observations par microscopie optique, par microscopie à force atomique et par EBSD sont entreprises sur un acier micro-allié. L'objectif est double : en premier lieu, mieux comprendre les phénomènes qui se produisent sous sollicitation cyclique conduisant à l'obtention des deux régimes d'auto-échauffement ; en second lieu, justifier la pertinence des ingrédients introduits dans la modélisation. Dans une seconde grande partie, il est question de l'influence d'une pré-déformation plastique sur l'évolution des propriétés en fatigue. En effet, les composants automobiles obtenus à partir de tôles en acier laminé subissent diverses opérations de mise en forme, conduisant à déformer plastiquement la matière. Ces modifications de l'état de la matière engendrent des évolutions des propriétés en fatigue qui ne sont cependant pas prises en compte dans le dimensionnement actuel des pièces (non déterminées par la méthode standard car trop coûteux en temps). La rapidité de la méthode développée autorise à caractériser ces évolutions. A partir des modifications des propriétés à l'auto-échauffement après divers modes de pré-déformation plastique (traction, traction plane, cisaillement) et en étudiant diverses directions de sollicitation, il est possible de prévoir l'évolution des propriétés en fatigue associée pour de larges gammes de pré-déformations. La qualité des prévisions est validée en comparant avec des courbes de fatigue standards. / The determination of high cycle fatigue properties of high strength steel sheets for automotive industry is time and specimens consuming : 25 specimens and almost one month are required to obtain a traditional fatigue SN curve. In order to reduce the time dedicated to the fatigue characterization, a fast method, based on the self-heating of steels under cyclic loading is developed and applied to a wide range of grades. Self-heating measurements show the presence of two distinct dissipative regimes, a firstone for the low amplitudes of cyclic loading and a secondary one for the highest. A two scales probabilistic model is then developed in order to establish a dialogue between self-heating measurements and the fatigue properties. It is composed by a matrix having an elasto-plastic behaviorand a population of inclusions having a second elasto-plastic behavior with a random activation threshold. Both self-heating regimes can be perfectly described. By using the weakest link theory and an energetic criterion, a prediction of fatigue properties is made. Only three days are required to obtain acomplete fatigue curve. The pertinence of the approach is validated by a comparison with standard fatigue curves. Then, observations with optical microscopy, atomic force microscopy and EBSD are made on a high strength low alloyed steel grade. This study has two objectives: a better understanding of phenomenon occurring during cyclic loading leading to the two self-heating regimes; a justification of the ingredients introduced into the model. In a second important section, it deals with the influence of aplastic pre-strain on the fatigue properties evolution. Indeed, automotive components obtained from high strength steel sheets are subjected to primary forming operations, inducing plastic strain. These modifications lead to fatigue properties evolutions that are nevertheless not taken into account intraditional fatigue design of components (not determined with the standard method because ofprohibitive time). The speed of the proposed approach authorizes to characterize these evolutions. From the modifications of the self-heating properties after different modes of plastic pre-strain (tension, planetension, shearing) and by studying different directions of loading, it is possible to predict the fatigue properties evolutions for a wide range of plastic strain. The quality of the predictions is validated by acomparison with standard fatigue curves.

L'étude des sédiments laminés, permettant des reconstitutions paléoenvironnementales à haute résolution, constitue le fil directeur de notre thèse. Les lacs d'Anterne (2063 m asl) et du Bourget (231,5 m asl), tous deux situés dans les Alpes françaises du nord, ont été choisis afin de contribuer à la compréhension de l'évolution du climat dans cette région et d'étudier l'impact de activités humaines sur les environnements alpins et périalpins. Un des défis de cette thèse est donc de distinguer le rôle respectif de ces deux facteurs dans les changements observés à travers l'étude des sédiments. La séquence sédimentaire du lac d'Anterne couvre la majeure partie de l'Holocène. L'évolution des processus d'érosion dans le bassin versant a pu être reconstituée à partir d'analyses sédimentologiques et d'une approche " source-puits " appliquée aux analyses géochimiques organiques et minérales. Cette approche méthodologique, couplée aux indicateurs quantitatifs d'érosion, a permis de mettre en évidence l'évolution des couvertures pédologiques, lesquelles sont contrôlées par la lithologie, la topographie, la végétation, le climat et l'usage des sols. Les résultats obtenus ont apporté des éléments de réponse sur l'origine climatique et/ou anthropique des changements observés. Une évolution progressive au début de l'holocène (9950-5450 cal. BP) avec mise en place des sols (processus de décarbonatation et d'acidification) et de la végétation, puis stabilisation de celle-ci a ainsi été mise évidence. Des conditions anoxiques se sont développées au fond du lac au cours de cette phase de stabilisation. Elles sont interprétées comme la conséquence d'une végétation bien développée dans le bassin versant. Une évolution régressive des sols, accompagnée d'importants processus d'érosion débute vers 5450 cal. BP, en raison d'un renversement climatique vers des conditions plus froides. Cette histoire régressive se poursuit en réponse à une pression anthropique renforcée (déforestation, activité pastorale) à l'Age du Bronze (autour de 3400 cal. BP), durant la fin de l'Age de Ferdébut de la période Romaine (2400-1800 cal. BP) et au Bas Moyen Age (1000-1200 ap. J.-C.). Nos interprétations ont pu être confortées et enrichies grâce au croisement de nos données avec des reconstitutions climatiques obtenus sur le site d'étude (température à partir des chironomes) et dans la région, et avec des données de paléovégétation (pollen, bois fossiles) et d'archéologie acquises dans le massif entourant le Lac d'Anterne. L'enregistrement du lac du Bourget ne couvre que les 120 dernières années. L'intérêt de cette archive est l'étude de la variabilité hydroclimatique annuelle à décennale et la reconstitution de l'évolution des conditions trophiques et de l'oxygénation du fond du lac en relation avec les activités humaines (rejet d'eaux usées, activités agricoles) et le climat. Contrairement à Anterne, les sédiments laminés du Lac du Bourget sont varvés. Une datation juste, précise et à haute résolution a donc été obtenue. A partir des analyses sédimentologiques et géochimiques, notre étude a pu mettre en évidence les effets opposés des crues du Rhône (affluent temporaire du lac) sur la qualité des eaux du lac (apport de nutriments mais aussi d'oxygène). Un intérêt particulier a donc aussi été porté à la compréhension des facteurs contrôlant les crues du Rhône (climat/activités anthropiques).

L'endommagement par irradiation mène à la ruine d'un matériaux, il est donc impératif de savoir prévoir son évolution afin de garantir la sécurité des réacteurs nucléaires.Bien que le comportement mécanique sous irradiation ait fait l'objet de nombreuses recherches, les capacités de prédiction actuelles restent limitées.L'agrégation des défauts ponctuels, tels que les lacunes et les auto-interstitiels, provoque du fluage, du gonflement et fragilise le matériau.Les nano-composites multicouches métalliques cristallins sont capables d'évacuer ces défauts ponctuels grâce à leur densité d'interface élevée, et permettent de retarder les phénomènes délétères précédemment cités.Ils ont, de plus, une résistance mécanique élevée.L'objectif de cette thèse est de développer un cadre thermodynamique à l'échelle continue meso et nano-scopique, rendant compte des principaux phénomènes physiques à l'oeuvre dans ces laminés irradiés.Principalement trois points sont abordés: le couplage diffusion-mécanique et le fluage, la nucléation et croissance de cavités sous irradiation, et le comportement mécanique des multicouches.La micro-structure du matériau est ici entièrement modélisée, afin de précisément rendre compte de son influence sur le comportement du matériau.Le fluage par diffusion est traité via une approche originale où le tenseur des vitesses de déformation est directement relié au gradient du flux de lacunes.Un modèle de type Cahn-Hilliard est utilisé afin de prédire la nucléation et la croissance des cavités.Les équations de diffusion y sont complétées pour prendre en compte la production des défauts ponctuels dus à l'irradiation, ainsi que leur recombinaison.Dans les systèmes multicouches, une zone affecté par l'interface est définie, dans laquelle les dislocations peuvent être annihilées.De plus, l'interface elle même est traitée comme un plan de glissement cristallographique.Le modèle est implémenté numériquement via la méthode des éléments finis.Des simulations de fluage couplé à la diffusion de lacunes sont pour la première fois réalisé sur des agrégats polycristallins, prédisant des champs de déformation intra-granulaire fortement hétérogènes.De plus, la vitesse de fluage macroscopique obtenue met en évidence les dépendances classiques à la taille de grain ainsi qu'à la contrainte appliquée.Lors des simulations d'irradiation de multicouches, des zones libres de cavités sont prédites de part et d'autre des interfaces, en accord avec les observations expérimentales.Enfin, des essais de traction sont simulés sur des systèmes Cu-Nb en 3D, mettant en évidence un mode de déformation complexe, et un effet moindre de l'anisotropie élastique. / Radiation damage is known to lead to material failure and thus is of critical importance to lifetime and safety within nuclear reactors.While mechanical behaviour of materials under irradiation has been the subject of numerous studies, the current predictive capabilities of such phenomena appear limited.The clustering of point defects such as vacancies and self interstitial atoms gives rise to creep, void swelling and material embrittlement.Nanoscale metallic multilayer systems have be shown to have the ability to evacuate such point defects, hence delaying the occurrence of critical damage.In addition, they exhibit outstanding mechanical properties.The objective of this work is to develop a thermodynamically consistent continuum framework at the meso and nano-scales, which accounts for the major physical processes encountered in such metallic multilayer systems and is able to predict their microstuctural evolution and behavior under irradiation.Mainly three physical phenomena are addressed in the present work: stress-diffusion coupling and diffusion induced creep, the void nucleation and growth in multilayer systems under irradiation, and the interaction of dislocations with the multilayer interfaces.In this framework, the microstructure is explicitly modeled, in order to account accurately for their effects on the system behavior.The diffusion creep strain rate is related to the gradient of the vacancy flux.A Cahn-Hilliard approach is used to model void nucleation and growth, and the diffusion equations for vacancies and self interstitial atoms are complemented to take into account the production of point defects due to irradiation cascades, the mutual recombination of defects and their evacuation through grain boundaries.In metallic multilayers, an interface affected zone is defined, with an additional slip plane to model the interface shearable character, and where dislocations cores are able to spread.The model is then implemented numerically using the finite elements method.Simulations of biaxial creep of polycrystalline aggregates coupled with vacancy diffusion are performed for the first time, and predict strongly heterogeneous viscoplastic strain fields.The classical macroscopic strain rate dependence on the stress and grain size is also retrieved.Void denuded zones close to the multilayer interfaces are obtained in irradiation simulations of a multilayer, in agreement with experimental observations.Finally, tensile tests of Cu-Nb multilayers are simulated in 3D, where it is shown that the effect of elastic anisotropy is negligible, and evidencing a complex deformation mode.

La détermination des propriétés en fatigue à grand nombre de cycles des aciers laminés destinés à l'industrie automobile est un processus coûteux en temps et en quantité de matière : 25 éprouvettes et presque un mois d'essais sont nécessaires à l'obtention d'une courbe de fatigue standard. Dans l'objectif de réduire ces temps de caractérisation, une méthode rapide, basée sur l'auto-échauffement de la matière sous sollicitation cyclique est mise en place sur un très grand nombre de nuances. Les mesures d'auto-échauffement mettent en évidence la présence de deux régimes dissipatifs distincts, un pour les plus faibles amplitudes de chargement cyclique et un pour les plus hautes. Un modèle probabiliste à deux échelles est ensuite développé, dont le but est de prévoir le comportement en fatigue à grand nombre de cycles à partir des mesures d'auto-échauffement. Il est composé d'une matrice au comportement élasto-plastique et d'une population d'inclusions possédant un second comportement élasto-plastique dont le seuil d'activation est aléatoire. Les deux régimes d'auto-échauffement peuvent ainsi être décrits fidèlement. En utilisant l'hypothèse du maillon le plus faible et un critère énergétique, une prévision du comportement en fatigue est réalisée. Trois jours seulement sont alors requis pour obtenir une courbe de fatigue complète. La pertinence de l'approche est validée en comparant avec des courbes de fatigue standards. Puis, des observations par microscopie optique, par microscopie à force atomique et par EBSD sont entreprises sur un acier micro-allié. L'objectif est double : en premier lieu, mieux comprendre les phénomènes qui se produisent sous sollicitation cyclique conduisant à l'obtention des deux régimes d'auto-échauffement ; en second lieu, justifier la pertinence des ingrédients introduits dans la modélisation. Dans une seconde grande partie, il est question de l'influence d'une pré-déformation plastique sur l'évolution des propriétés en fatigue. En effet, les composants automobiles obtenus à partir de tôles en acier laminé subissent diverses opérations de mise en forme, conduisant déformer plastiquement la matière. Ces modifications de l'état de la matière engendrent des évolutions des propriétés en fatigue qui ne sont cependant pas prises en compte dans le dimensionnement actuel des pièces (non déterminées par la méthode standard car trop coûteux en temps). La rapidité de la méthode développée autorise à caractériser ces évolutions. A partir des modifications des propriétés à l'auto-échauffement après divers modes de pré-déformation plastique (traction, traction plane, cisaillement) et en étudiant diverses directions de sollicitation, il est possible de prévoir l'évolution des propriétés en fatigue associée pour de larges gammes de pré-déformations. La qualité des prévisions est validée en comparant avec des courbes de fatigue standards.

La Mer intracontinentale endoréique de l'Aral, éloignée de toute influence océanique, constitue en Asie Centrale une excellente archive sédimentaire pour des études paléoclimatiques à haute résolution. Nous avons effectué une analyse palynologique, sédimentologique et géochimique sur des carottages sédimentaires effectués dans la Baie de Chernyshov, située au nord-ouest de l'actuelle Grande Mer d'Aral. La séquence sédimentaire la plus complète mesure 11 m et représente les 2000 dernières années de l'Holocène terminal.<br /><br />L'étude palynologique, conduite conjointement sur des assemblages de kystes de dinoflagellés et de grains de pollen, a mis en évidence de profonds changements environnementaux en Mer d'Aral, ainsi que dans le bassin Aralien. Les variations d'assemblages de kystes de dinoflagellés (diversité, distribution des espèces) ont permis d'établir la séquence des variations de salinité et du niveau du lac au cours des 2000 dernières années (Chapitre III). En raison de l'étroite dépendence de l'hydrologie de la Mer d'Aral aux apports fluviaux de l'Amu Darya et de la Syr Darya, les variations de niveau du lac sont étroitement liées à l'apport d'eaux résultant de la fonte des neiges en altitude au printemps. Or, l'amplitude de ces apports étant principalement contrôlée par les variations de température printanières dans les massifs du Tien Shan et du Pamir au cours de la fonte, les variations de salinité et de niveau de la Mer d'Aral traduisent essentiellement des fluctuations de température dans le bassin versant au cours des 2000 dernières années. Ainsi, les assemblages de kystes de dinoflagellés caractérisent des épisodes de bas niveau de la Mer d'Aral accompagnés d'une forte augmentation de la salinité au cours des périodes 0–425, 900–1230, 1500, 1600–1650 et 1800 après J.C., ainsi qu'après les années 1960. Inversement, un retour vers des conditions de faible salinité associées à une hausse du niveau du lac est documenté pour les périodes intermédiaires. Par ailleurs, la présence de kystes de dinoflagellés remaniés des dépôts Paléogène et Néogène alentours caractérise des évènements de désagrégation intense des berges lors d'une hausse significative des précipitations sur le bassin Aralien, notamment au cours de la période 1230–1450 après J.C. Nous proposons que les changements environnementaux enregistrés sont principalement liés à des changements climatiques mais qu'ils ont également pu être amplifiés par l'homme lors de conditions extrêmes, via une irrigation non-maîtrisée et/ou des conflits militaires (Chapitre VI). En outre, les variations de salinité montrent de fortes similitudes avec celles de l'activité solaire au cours du dernier millénaire, notamment pour les périodes 1000–1300, 1450–1550 et 1600–1700 après J.C. où les périodes de bas niveau du lac correspondent à une activité solaire accrue, suggérant qu'une augmentation du bilan radiatif ait renforcé les régressions de la Mer d'Aral dans le passé. <br /><br />Parallèlement, le contenu du sédiment en grains de pollen a été analysé afin de mettre en évidence des changements environnementaux, et notamment des variations d'humidité dans le bassin Aralien au cours des 2000 dernières années (Chapitre IV). Une reconstruction quantitative à haute résolution du taux de précipitation (moyenne annuelle) et des températures (moyenne annuelle, mois le plus froid versus le plus chaud) a été réalisée à l'aide de la méthode dite de “probabilité des sphères climatiques mutuelles”, permettant d'obtenir la séquence chronologique des changements climatiques en Asie Centrale. Un climat froid et aride domine au cours des périodes 0–400, 900–1150 et 1500–1650 après J.C., caractérisé par l'extension d'une végétation de type désertique avec des éléments de steppe. En revanche, un climat plus chaud et moins sec apparaît au cours des périodes 400–900 et 1150–1450 après J.C., caractérisé par une végétation steppique enrichie en plantes exigeant des conditions d'humidité plus élevées. Les variations de précipitation enregistrées dans le bassin Aralien au cours des 2000 dernières années sont principalement contrôlées par le système cyclonique de la Méditerranée Orientale qui fournit l'humidité nécessaire au Moyen Orient et en Asie Centrale à la transition hiver–printemps. Ce système cyclonique étant étroitement lié aux modulations de pression régulées par l'Oscillation de l'Atlantique Nord (NAO), une relation entre humidité en Asie Centrale et le NAO en phase négative est proposée.<br /><br />Enfin, les sédiments laminés des carottages étudiés ont enregistré des changements marqués de la sédimentation au cours de l'Holocène terminal qui révèlent des bouleversements importants de la dynamique d'apports du matériel sédimentaire (Chapitre V). En Asie Centrale, la fréquence des tempêtes de poussières s'intensifie au printemps lorsque le continent se réchauffe, et est ainsi principalement contrôlée par l'intensité et la position de l'anticyclone Sibérien sur le continent. Une analyse semi-quantitative du contenu du sédiment en Titanium, révélateur fiable d'apports détritiques d'origine éolienne, a permis d'établir la séquence chronologique des variations de la dynamique éolienne en Asie Centrale au cours des 1500 dernières années, représentant aussi la plus longue reconstruction dans le temps de l'intensité de l'anticyclone Sibérien établie jusqu'ici. Ainsi, une intensification de la dynamique éolienne est documentée pour les périodes 450–700, 1210–1265, 1350–1750 et 1800–1975 après J.C. En revanche, de faibles concentrations en Titanium (1750–1800 ; 1980–1985 après J.C.) caractérisent une réduction significative de l'intensité de l'anticyclone Sibérien et une circulation atmosphérique plus stable. Au cours des périodes 1180–1210 et 1265–1310 après J.C., une profonde modification de la circulation atmosphérique s'installe en Asie Centrale. En Mer d'Aral, elle se caractérise par une réduction considérable des apports détritiques éoliens.<br /><br />En définitive, si l'ensemble des intéractions entre différents systèmes climatiques ont contrôlé les changements environnementaux en Asie Centrale et modulé les variations climatiques au cours de l'Holocène terminal, il est probable que les variations de l'activité solaire aient eu un impact notable sur l'évolution du bilan hydrique de la Mer d'Aral au cours des 1000 dernières années (Chapitre VI).