Les procédés de soudage conduisent à des modifications de microstructure et induisent des contraintes et distorsions résiduelles jouant un rôle important sur la tenue mécanique des assemblages. Cette étude a pour objectif la modélisation des phénomènes thermomécaniques liés à l'opération de soudage du TA6V, ce qui implique d'identifier et de modéliser les sollicitations thermiques imposées par le soudage, le comportement métallurgique et thermomécanique du matériau. L'étude thermique et métallurgique a permis de montrer les principales évolutions de phases de l'alliage, durant le soudage laser. Ainsi, en première approximation, nous pouvons considérer que 3 phases distinctes sont à prendre en compte dans le calcul thermomécanique (la phase a, la phase ß et la phase a'). Afin de caractériser les phases ou mélange de phase en présence, des essais thermomécaniques sont réalisés pour diverses températures et conditions de déformation. Concernant le choix du modèle numérique, on adopte pour chacune des phases un modèle à variables internes de type Lemaître et Chaboche avec écrouissage cinématique non linéaire, un critère de plasticité de type Von Mises et une loi d'écoulement viscoplastique de type Norton, couplé à une loi de transition d'échelle. L'identification de chaque phase se fait par méthode inverse, à partir des essais thermomécaniques, grâce au module d'optimisation de ZSeT/ZMaT. La loi de localisation choisie est basée sur un modèle polycristallin en ß qui permet le passage du comportement microscopique de chaque phase au comportement macroscopique de l'ensemble. La validité de ce modèle décrit précédemment passera par la définition d'un essai expérimental représentatif des différents phénomènes rencontrés lors de l'opération de soudage.

Notre travail est consacré à l'étude des matériaux carbonés utilisés comme réducteurs pour la production des alliages de manganèse dans le four électrique à arc immergé. Le choix du réducteur est important pour l'optimisation du procédé métallurgique et sa réactivité au CO2 est le paramètre le plus important utilisé par les producteurs de ferroalliages pour évaluer sa qualité. Les objectifs de notre travail sont : ? d'établir les critères de sélection du coke métallurgique ou réducteur de remplacement, utilisés pour la production des alliages de manganèse dans le four électrique, en utilisant la réactivité au CO2 comme le principal paramètre pour évaluer sa qualité ; ? d'un point de vue plus fondamental, apporter une meilleure compréhension des réactions du carbone dans le réacteur industriel. Dans l'optique d'une modélisation globale du four électrique, notre travail fournit des paramètres cinétiques d'une des réactions les plus importantes du procédé : la réaction de Boudouard. L'étude de la réductibilité des oxydes de manganèse pourrait donc être une nouvelle étape vers la construction d'un modèle global du réacteur industriel. Un troisième volet d'expériences utile à la modélisation serait l'étude de l'influence de la nature et du calibre du réducteur sur la résistivité électrique de la charge.

Les travaux de cette thèse portent sur l'intégration d'un système à pile à combustible hybride dans un tracteur agricole. Dans notre travail, plusieurs architectures de réseaux électriques embarquées et de stratégies de gestion de l'énergie sont envisagées. Une modélisation du système complet est mise en place sous Matlab Simulink afin de pouvoir simuler les différents scénarii envisagés, de même qu'un banc de test permettant de valider les résultats issus des simulations purement numériques. L'objectif premier de ce travail est d'optimiser les flux énergétiques relatifs aux diverses sources et charges constitutives du système et ainsi de réduire la consommation du véhicule pour des cycles de mission agricoles. Cette thèse découle d'un projet de recherche commun entre le G2ELab, le CEA Grenoble et l'entreprise AGCO, implémenté en France à Beauvais qui commercialise des machines agricoles sous quatre marques : Massey Ferguson, Fendt, Valtra et Challenger.

Le traitement thermochimique de nitruration des aciers conduit à l'augmentation de leur durée de vie en fatigue comme conséquence de l'amélioration de la résistance à la fatigue du matériau due au durcissement superficiel et à la génération d'un champ de contraintes résiduelles de compression. Il a été possible d'effectuer un calcul original de la variation locale de volume à partir de la répartition des différents types de précipités qui ont été déterminés en utilisant un calcul thermodynamique direct. A partir d'une modélisation utilisant un modèle micromécanique, l'étude montre que les contraintes résiduelles dans les différentes phases, présentes dans la couche nitrurée, sont différentes des contraintes moyennes dans le matériau. Ce modèle a été confronté à l'expérimentation qui a permis de déterminer les contraintes dans la matrice en utilisant la diffraction des rayons X et les contraintes moyennes dans le matériau en employant la méthode du trou incrémentale. Parallèlement, une analyse des profils de diffraction complétée par une étude microscopique a permis de remarquer que les déformations plastiques résiduelles dans la couche nitrurée sont très faibles et localisées autour des précipités et que la largeur intégrale des pics de diffraction semble être principalement une indication de la taille des domaines cohérents de diffraction. Cette étude a été complétée par l'analyse de la relaxation des contraintes résiduelles en fonction du temps et de la température. Le phénomène de relaxation correspond à la poursuite de la diffusion de l'azote et les contraintes sont stables thermiquement. Par ailleurs, l'application du modèle dans le cas d'une plaque mince nitrurée d'un seul côté a permis de confirmer que les contraintes dans la ferrite ne sont pas égales aux contraintes moyennes. Ce type d'éprouvette peut constituer un moyen de contrôle industriel en donnant une indication sur l'intensité de nitruration (dépôt de brevet en cours).

Les chocs induits par laser de puissance permettent d'investir le comportement hautement dynamique des matériaux, d'un grand intérêt tant pour la recherche fondamentale que pour l'industrie. L'évolution des technologies laser ces dernières années a permis d'accéder à des régimes plus courts, en dessous de la picoseconde. L'objectif de ce travail, résultat d'une collaboration entre l'institut P', le PIMM et le CEA‐DAM est de caractériser le comportement sous choc de matériaux métalliques (Aluminium, Tantale,...) dans ce régime ultra‐bref, conduisant à des sollicitations dynamiques extrêmes (>107s‐1). L'étude repose sur la comparaison et la validation de modèles numériques à des résultats expérimentaux obtenus sur la chaîne 100TW du LULI. Cette caractérisation passe dans un premier temps par l'étude de l'interaction laser‐matière afin caractériser le chargement équivalent en pression sur la cible. Les processus en régime ultra‐bref sont différents de ce qui est connu en régime nanoseconde : en effet, l'échelle de temps, quelques picosecondes, est du même ordre que bon nombres de phénomènes moléculaires tel que le déséquilibre électrons‐ions. Ensuite, nous avons étudié l'évolution de l'onde de choc et son amortissement, très prononcé dans ce régime. L'écaillage dans une telle configuration se produit par couches très minces (quelques μm) et régulières dans ce régime. L'endommagement obtenu est caractérisé par la mesure VISAR. Les résultats obtenus par observations post‐mortem jusqu'à présent montrent que plus l'épaisseur de cible est faible, plus l'épaisseur d'écaille diminue, pouvant atteindre l'échelle du micron. Dans le cadre de la modélisation de l'endommagement et le dimensionnement des critères d'endommagement utilisés et éprouvés en régime nanoseconde (Kanel), des essais à différentes épaisseurs de cible ont été réalisés afin d'observer les conséquences d'une variation de vitesse de déformation sur l'endommagement, et généraliser le modèle de Kanel au régime ultra‐bref, et plus généralement en fonction de la vitesse de déformation. L'ensemble des résultats relatifs à l'endommagement est généralisé à des configurations 2D, permettant notamment de caractériser l'évolution du diamètre d'écaille. En parallèle, des simulations microscopiques par dynamique moléculaire de choc laser ultra‐bref sur des cibles monocristallines de Tantale à l'échelle du micron ont été menées au CEA‐DAM donnent un point de vue complémentaire des processus microscopiques liés à l'endommagement à des vitesses de déformation aux abords de la limite de cohésion théorique. Les résultats obtenus sur les chocs ultra‐brefs et 2D présentent un grand intérêt pour le développement du test d'adhérence de revêtements par choc laser (LASAT), offrant la possibilité de nouvelles extensions pour le procédé LASAT. Par exemple, de nombreux domaines industriels utilisent des revêtements micrométriques (optique, électronique, ...) mais il existe peu de méthodes pour caractériser leurs propriétés avec fiabilité. Des essais de transposition de LASAT en régime femtoseconde sur des cellules photovoltaïques ont démontré la possibilité d'éjecter des revêtements submicrométriques et caractériser leur seuil d'adhérence.

La multimodalité désigne un usage différencié dans l'espace et dans le temps des différents modes de transport (en particulier transports en commun et véhicules individuels). Elle apparaît aujourd'hui comme une des solutions aux problèmes de congestion et aux difficultés de déplacement dans les grandes agglomérations. Elle ne peut toutefois se développer que si : (1) il existe une offre de transport attractive en alternative à la voiture individuelle, (2) les opérations de transfert d'un mode vers l'autre sont facilitées, notamment grâce à un jalonnement et une tarification intégrée, (3) les usagers sont informés sur l'offre de transport multimodale. Ce travail s'intéresse au troisième point puisqu'il vise à définir des méthodes d'optimisation d'itinéraires multimodaux afin d'alimenter un service d'information des usagers. L'indicateur retenu pour évaluer la qualité d'un itinéraire multimodal est le temps de parcours car sa connaissance permet à l'usager une comparaison objective des itinéraires et des modes et donc une rationalisation de ses choix. Dans la mesure où les données nécessaires sont disponibles, le temps de parcours est estimé de manière dynamique, afin de tenir compte des variations du niveau de service au cours du temps sur les différents réseaux. Nous nous intéressons dans un premier temps à l'optimisation d'un itinéraire routier monomodal, avec prise en compte des délais et interdictions portant sur les mouvements directionnels. Nous proposons une formulation originale pour ce problème, que nous comparons à une formulation de la littérature. Les méthodes d'étiquetage sont étendues pour traiter les problèmes de chemin de temps de parcours minimum qui en résultent. Nous étudions ensuite une généralisation de ce problème : l'optimisation d'un itinéraire multimodal. Les déplacements étant structurés en fonction de chaînes d'activités réalisées par les usagers sur l'ensemble de la journée, nous considérons par la suite le problème d'optimisation d'une chaîne multimodale de déplacements. La résolution de ce problème apporte une aide à la décision à l'usager dont l'objectif est de minimiser le temps total passé dans les transports sur une série de déplacements successifs. Un schéma d'optimisation global de la chaîne de déplacements est proposé. La dernière partie de la thèse traite de la mise en oeuvre opérationnelle des algorithmes de calcul d'itinéraire proposés. Ces algorithmes sont intégrés au sein d'un démonstrateur alimenté par des estimations dynamiques de temps de parcours. Leur utilisation opérationnelle est envisagée dans le cadre de deux applications complémentaires : l'information des usagers avant le déplacement et une seconde au cours du déplacement.

Les relations donneurs d'ordres – fournisseurs évoluent de plus en plus vers des relations de partenariat. Le fournisseur voit ainsi son métier évoluer vers la maîtrise de la conception et de la réalisation de ses produits. Dans ce contexte, les forgerons ont développés les pièces « Net Shape », c'est-à-dire des pièces dont les surfaces fonctionnelles principales sont obtenues directement par formage, sans reprise d'usinage. De nouveaux besoins sont alors apparus dans le domaine de la forge, comme le contrôle dimensionnel et géométrique de précision. Ce contrôle a, non seulement, pour objectif de vérifier la conformité de la pièce en relation avec une fonctionnalité attendue, mais aussi de mieux comprendre chaque étape du processus de fabrication. Sans remettre en cause ni le tolérancement, ni le processus de fabrication, le choix du mesurande, pour évaluer à la fois chaque étape du processus de fabrication et la qualité fonctionnelle de la pièce obtenue, est déterminant. Dans ces travaux, le choix du mesurande pour contrôler un pignon conique forgé « Net Shape » pour différentiel automobile est discuté avec ce double objectif. Il doit être représentatif de l'engrènement, d'où une étude sur les paramètres normalisés de qualification d'un pignon et la façon de les estimer. Il doit également permettre de mieux appréhender le processus de fabrication afin de l'améliorer. Le nouveau mesurande utilisé, mieux représentatif des surfaces fonctionnelles, impose un contrôle avec une machine à mesurer à coordonnées. Le résultat de mesure est dépouillé avec une méthode mathématique vectorielle qui permet de dissocier l'influence de chaque phénomène physique ou technologique représentatif de la fonctionnalité ou du processus de fabrication dès lors qu'ils sont identifiés. L'étude du pignon dans plusieurs états au cours du processus de fabrication aide à mieux comprendre chaque phénomène physique afin d'aboutir à la description mathématique de leurs effets, difficulté de la méthode utilisée. Dans un premier temps, seule une étude qualitative de quelques états de la pièce au cours de son processus de fabrication a été réalisée.

Dans un contexte de réduction de masse dans l'industrie automobile, les aciers austénitiques instables, grâce à l'excellent compromis de ductilité-résistance qu'ils présentent, peuvent apporter des solutions en termes d'allégement et de sécurité. Cependant, et sous certaines conditions de mise en forme, ces aciers peuvent présenter des problèmes de rupture différée. L'objectif de cette thèse est l'étude du phénomène de rupture différée associée à la transformation martensitique dans l'acier austénitique instable 301LN. Pour cela, nous avons divisé notre travail en deux grandes parties : Comportement thermomécanique : cette partie porte sur la caractérisation de la transformation martensitique après des essais de traction uniaxiale sous différentes conditions en température et en vitesse de déformation. La distribution des contraintes entre phases, la cinétique de transformation et l'évolution de la texture cristallographique sont suivies lors d'essais post mortem et in situ en diffraction des rayons X (DRX). Analyse multi-échelles de la rupture différée : l'observation et l'étude de la rupture différée sont réalisées sur des emboutis cylindriques à fond plat. L'identification des éléments microstructuraux à l'origine des fissures a été réalisée par observation au Microscope Electronique à Balayage (MEB) des zones de rupture. La distribution des contraintes résiduelles macroscopiques et dans chaque phase, a été déterminée et associée à l'évolution de la fraction volumique de martensite pour différentes conditions d'emboutissage. Des simulations numériques d'opération d'emboutissage, par implémentation dans le code de calcul éléments finis Abaqus©, de deux modèles de transformation martensitique dans les aciers austénitiques instables ont été effectuées et les résultats sont comparés avec les résultats expérimentaux. Nous établissons un lien direct entre l'apparition de la rupture différée, l'état de contrainte dans la martensite, et les fractions de martensite formée dans les godets emboutis.

Au travers de ce travail de thèse, nous nous sommes fixé comme objectif, de rechercher des solutions pour augmenter la durée de service des outils de coupe du bois, plus spécialement ceux utilisés en première transformation (usure prématurée et ébréchures des arêtes de coupe). Les améliorations apportées à ces outils en laboratoire proviennent des modifications de surfaces par applications de films durs en couches minces (CrN en l'occurrence) ou bien par traitements thermochimiques (nitruration ionique basse température). Par ailleurs, afin de vérifier l'effet des modifications d'outils sous des conditions réelles d'utilisation, nous avons réalisé du déroulage et fraisage industriel de bois vert, avec des couteaux modifiés en surface par des traitements classiquement utilisés (TiN, CrN, DLC et duplex (nitruration + dépôt dur)). Ces tests d'usinage ont été réalisés dans le cadre d'un projet européen CRAFT. Au regard des résultats obtenus, nous avons ensuite débuté le développement de nouveaux films ternaires (CrAlN et ZrBN) pour un éventuel emploi en usinage du bois. La modification de la géométrie par pré-rodage de l'arête de coupe des couteaux réalisée grâce à un traitement mécanique de sablage a également été étudiée. Pour réaliser cette étude un grand nombre d'équipements de caractérisations physicochimiques et tribologiques des films a été utilisé ainsi que des machines de laboratoire et industrielles d'usinage du bois.

Nous étudions la production de couple et de polluants de moteurs à combustion interne à distribution variable d'un type fréquemment répandu dans l'industrie automobile (moteurs Diesel ou essence). Les systèmes de distribution variable (VVA pour Variable Valve Actuation) ont été introduits dans les moteurs pour optimiser l'efficacité du fonctionnement global sur des plages très larges de points de fonctionnement, considérés à l'équilibre. A tout instant, les résultats de la combustion dépendent du remplissage en air/gaz brûlés du cylindre, qui lui même dépend de la position des actionneurs VVA et des conditions dans le collecteur d'admission. Ces deux sous-systèmes ont des temps de réponse différents, ce qui conduit, pendant les transitoires, à des pertes d'efficacit ́e du moteur. Dans cette thèse, nous proposons une solution a ce problème, qui prend la forme de boucle de coordination entre les sous-systèmes de contrôle de bas-niveau. Cette coordination s'effectue par l'intermédiaire d'un modèle de remplissage développé dans ce manuscrit. Des résultats expérimentaux établissent qu'il est possible d'améliorer la production de couple et de réduire les polluants.