Le rôle de l'énergie stockée dans le processus de recristallisation est mal connu. D'une part, cet énergie est difficile à caractériser expérimentalement, de fait de sa faible magnitude, hétérogénéité et de son caractère irréversible. D'autre part, la complexité phénoménologique du processus ne permet pas de déterminer facilement l'effet de chacun des facteurs physiques. Nous nous sommes attaché dans cette thèse à mettre en place une technique de mesure précise de cette énergie et une démarche expérimentale permettant d'isoler son rôle sur les mécanismes de recristallisation. Ainsi, nous avons utilisé la technique de diffraction monochromatique à haute résolution pour enregistrer les profils de diffraction de mono et multicristaux de cuivre laminés à environ 35%. La résolution physique du diffractomètre, inférieure à 10-4, permet d'éviter la déconvolution hasardeuse du spectre initial d'émission. Les modèles récents d'analyse de profils fournissent, à partir de la transformée de Fourrier, la densité de dislocations ainsi que le rayon d'écrantage extérieur, c'est-à-dire les deux facteurs nécessaires pour le calcul de l'énergie stockée. A taux de laminage égal, nous avons observé une forte variation de la densité de dislocations (entre 7 à 121014 m-2) en fonction de l'orientation cristallographique, alors que le rayon d'écrantage reste sensiblement le même. Une fois l'énergie stockée caractérisée, nous avons étudié son effet sur la recristallisation statique au moyen de recuits isochrones de 15 min, visant à déceler la température critique de recristallisation. A cette température, par définition, de nouveaux grains recristallisés doivent être présents, sans pour autant envahir tout l'échantillon. Nos résultats révèlent la forte influence de l'énergie stockée sur cette température : une augmentation de 47 % de l'énergie entraîne une chute de 210° de température critique. Par analyse des rotations cristallographiques, nous avons aussi identifié le maclage comme mécanisme principal de génération de nouvelles orientations.

Cette thèse porte sur l'analyse d'un phénomène particulièrement important dérivant des conséquences mécaniques des transformations de phases solide-solide dans les aciers : la plasticité de transformation ou TRIP (Transformation Induced Plasticity) et son interaction avec la plasticité classique. Ce sujet est abordé à la fois par des investigations expérimentales et par une approche de modélisation numérique, pour les transformations martensitiques.

Cette thèse s'inscrit dans le contexte de l’étude de l’effet de l’identification des paramètres matériau sur la prévision du comportement cyclique. Une étude de l’effet de la pré-déformation sur la réponse du matériau vis à vis le rochet est aussi présentée. Pour cela deux types d’expériences ont été menés au sein de l’équipe Mécanique du Groupe de Physique des Matériaux (GPM, UMR 6634) à l’INSA de Rouen sur un acier inoxydable de type 304L : Les essais EXP1 contenant des essais à déformation imposée axiale et multiaxiale et des essais de rochet en une et deux phases. Ces essais sont tirés de la littérature et nous ont servi de base de donnée pour la réalisation des différentes étapes de l’identification. Les essais EXP2 contenant des essais de rochet après déformation imposée.Ils sont réalisés dans le cadre de cette étude et permettent l’étude de l’effet de la pré déformation sur le phénomène de rochet. L’identification des paramètres est faite‘’automatiquement’’ avec une méthode d’optimisation en utilisant des bases de données à complexité croissante. Les paramètres identifiés sont ensuite injectés dans des simulations qui seront superposées avec les courbes expérimentales. L’ensemble des simulations est fait avec le code de calcul Zébulon avec le choix du modèle de Chaboche. Les résultats obtenus montrent l’effet de la pré déformation sur le rochet selon les histoires, les mêmes conditions à contraintes imposées peuvent mener à différents comportements cycliques : Elastique et adaptation plastique dans d’autre cas. La pré-déformation précédente peut également mener à l'anisotropie du matériau conduisant à un faible rochet sous traction compression avec une contrainte moyenne nulle !L'étude précise également l'importance de la base de données expérimentale utilisée pour l'identification de paramètres. Le choix des essais devrait étroitement être lié aux équations constitutives du modèle choisis . À savoir, la présence des essais à déformation imposée non proportionnelle peut être non appropriée si le modèle ne peut pas tenir compte explicitement d'un tel caractère. / This work has a first objective to point out the importance of the quality of the experimental data base used for the identification of the material parameters. For this goal,we will combine proportional and non proportional strain controlled as well as ratcheting tests to constitute different data bases. This work has also another objective related to an experimental study in order to see how previous strain controlled history may affect ratcheting. Such a situation may be encountered in different manufacturing processes. New tests were performed here where different strain controlled histories have been applied prior to tension-compression stress controlled tests. All tests considered here were carried out using tubular specimens made up of 304L stainless steel. In order to minimize the discrepancy of the material behavior, In this study, we consider two groups of stress/strain controlled experiments EXP1 and EXP2 performed on the 304L stainless steel. These tests have been conducted applying a sufficient number of cycles leading to the stabilization of thecyclic material response. The first set (EXP1) is taken from our previous works, it will be used in order to identify the parameters of Chaboche’s model with different combinations of strain and/or stress controlled tests. The second set (EXP2) is performed in this study; it includes tests composed of two sequences where strain controlled experiments are followed by ratcheting tests. The responses EXP2 will be simulated by Chaboche’s model with the different set of parameters identified with EXP1.The obtained results reveal the importance of such a role as according to the previous history, the same stress controlled conditions may lead to different cyclic behaviors: fully elastic in one case and plastic shakedown in anothercase. The previous pre-straining may also lead to the anisotropy of the material leading to slight ratcheting under tension-compression with zero mean stress! The study points out also the importance of the content of the experimental data base used for the parameters identification. The choice of the tests should be closely linked to the capabilities of the constitutive equations used. Namely, the presence of non proportional strain controlled tests may be not suitable if the model is not able to take into account explicitly such a character. Finally, in the industrial applications, the choice of the tests to be included for the identification process should also take into account the stress and strain states for the identification process should also take into account the stress and strain states applied to the considered components when such information is available.

Cette thèse traite des effets de pré-écrouissage, monotone ou cyclique, sur le comportement cyclique et la durée de vie en fatigue (traction-compression à température ambiante). Les matériaux utilisés sont un alliage de nickel-chrome (80-20%), un acier inoxydable austénitique 316L et du cuivre pur. Ils présentent une aisance croissante au glissement dévié ; un paramètre considéré comme majeur pour expliquer les écarts de sensibilité aux effets de mémoire de pré-écrouissage existants entre ces matériaux.Des courbes d'écrouissage cyclique obtenues suite à des chargements multi-paliers sur des échantillons pré-écrouis sont comparées à celles des matériaux vierges. Cette comparaison permet de tracer des cartographies d'effet mémoire. Différents effets y sont observés et leurs origines discutées via une approche par partition de contrainte. Enfin, des essais de fatigue sont effectués pour chaque domaine de mémoire de pré-écrouissage et leurs conséquences sur la durée de vie sont discutées / This work focuses on the effect of a pre-hardening, either monotonic or cyclic, on the cyclic behavior and the fatigue life during tension-compression tests at room temperature. Materials used are a nickel-chromium alloy (80-20%), a 316L austenitic stainless steel and OFHC pure copper. They present an increasing ease to the cross-slip : a deformation mechanism identified as a key parameter to understand the distinct memory effect sensibilities existing between materials.Cyclic stress-strain curves obtained from sequential loadings on prestrained samples are compared to the ones of virgin materials. Such comparison allows plotting memory effect maps. According to these memory plots, different pre-hardening effects exist and their origins are discussed through a stress-partition analysis. Finally, fatigue tests are carried out for each domain of the prestrain memory and their consequences on fatigue life are discussed

Ce manuscrit présente des récentes extensions au modèle PFVD, basé sur l'hétérogénéité de la dynamique des polymères vitreux à l'échelle de quelques nanomètres et résolu par simulation en 3D, afin de fournir une description physique unifiée des propriétés mécaniques et dynamiques des polymères vitreux soumis à déformation plastique. Trois sujets principaux sont traités : La plastification. Sous déformation, les polymères atteignent le seuil de plasticité (yield) à quelques pourcents de déformation et quelques dizaines de MPa. Nous proposons que l'énergie élastique absorbée à l'échelle des hétérogénéités dynamiques accélère la dynamique locale. On observe contraintes ultimes de quelques dizaines de MPa à quelques pourcents de déformation et que la plastification est due à un nombre relativement petit d'événements locaux. Il a été observé que la dynamique devient plus rapide et homogène dans le régime plastique et que la mobilité moyenne atteint une valeur stationnaire, linéaire avec le taux de déformation. Nous proposons que la contrainte locale stimule la diffusion de monomères des domaines lents à ceux rapides (mécanisme de facilitation) et accélère dynamique locale. Ceci permets d'observer l'homogénéisation de la dynamique, avec des caractéristiques proches de l'expérience. L'écrouissage, dans les polymères enchevêtrés ou réticulés. A grande déformation, la contrainte augmente avec une pente caractéristique d'ordre 10 – 100 MPa au-dessous de la transition vitreuse. De manière analogue à une théorie récente, nous proposons que la déformation locale oriente les monomères dans la direction d'étirage et ralentie la dynamique, suite à l'intensification des interactions locales. Les modules d'écrouissage mesurés, les effets de la réticulation et du taux de déformation sont comparables aux données expérimentales. En outre, on trouve que l'écrouissage a un effet stabilisateur sur les phénomènes de localisation et sur les bandes de cisaillement / This manuscript presents recent extensions to the PFVD model, based on the heterogeneity of theh dynamics of glassy polymers at the scale of a few nanometers et solved by 3D numerical simulation, which aim at providing a unified physical description of the mechanical and dynamical properties of glassy polymers during plastic deformation. Three main topics are treated: Plasticization. Under applied deformation, polymers undergo yield at strains of a few percent and stresses of some 10 MPa.We propose that the elastic energy stored at the scale of dynamical heterogeneities accelerates local dynamics. We observe yield stresses of a few 10 MPa are obtained at a few percent of deformation and that plastification is due to a relatively small amount of local yields. It has been observed that dynamics becomes faster and more homogeneous close to yield and that the average mobility attains a stationary value, linear with the strain rate. We propose that stress-induced acceleration of the dynamics enhances the diffusion of monomers from slow domains to fast ones (facilitation mechanism), accelerating local dynamics. This allows for obtaining the homogeneisation of the dynamics, with the same features observed during experiments. Strain-hardening, in highly entangled and cross-linked polymers. At large strain, stress increases with increasing strain, with a characteristic slope (hardening modulus) of order 10 – 100 MPa well below the glass transition. Analogously to a recent theory, we propose that local deformation orients monomers in the drawing direction and slows dows the dynamics, as a consequence of the intensification of local interactions. The hardening moduli mesured, the effect of reticulation and of strain rate are comparable with experimental data. In addition, strain-hardening is found to have a stabilizing effect over strain localization and shear banding

Le sujet de la thèse contenue l'étude de propriétés mécaniques des couches minces à base de cuivre. Ces propriétés sont étudiées à aide de la méthode élément finis dans le cadre de la plasticité cristalline classique et dans le cadre de dynamique discrète des dislocations. Les simulations élasto-plastiques montrent que la présence des grains avec une orientation (001) et aléatoire augmentent les contraintes dans les grains adjacents d'orientation (111). La comparaison avec les résultats expérimentaux montre que le modele n'est pas capable de prévoir des contraintes aussi élevées que l'écrouissage quel sont mesurés dans les expériences.L'évolution de l'écrouissage, de la microdéformation plastique, de la rugosité locale et globale de la surface sont étudiées par les simulations de chargement cyclique d'agrégats polycristallins de cuivre. L'écrouissage et la rugosité saturent pendant le chargement. Il existe des régions où la déformation résiduelle cumulée et la rugosité locale évoluent pendant le chargement cyclique. Ces régions favorisent par l'amorçage de l'endommagement. L'autre approche dans les simulations des agrégats polycristallins est représentée par la théorie de la dynamique discrète des dislocations. Les simulations montrent que la plus grande influence est due à la longueur initiale des sources. Par contre, l'épaisseur des films a peu d'influence sur la comportement du film. Les dislocations sont le plus actives dans les grains avec une orientation (001) et l'activité minimale est observée dans les grains avec une orientation (111).

Ce travail de recherche, qui s'inscrit dans le cadre d'un projet Européen, se propose d'étudier le comportement des tôles métalliques lors des opérations de mise en forme. Les applications visées sont la prédiction, au moyen de la simulation numérique du procédé, des défauts majeurs tels que le retour élastique et la localisation des déformations. A cette fin, une modélisation phénoménologique du comportement a été retenue. Un modèle de comportement élasto-plastique a été considéré, dans lequel deux modèles d'écrouissage sont introduits pour reproduire l'anisotropie induite lors de trajets complexes de chargement. En particulier, le modèle microstructural de Teodosiu-Hu, basé sur l'évolution des structures de dislocations, a été sélectionné afin de bien prendre en compte les phénomènes de transition liés aux changements de trajets de déformation. Ce modèle a été enrichi par la suite, en le couplant au modèle d'endommagement de Lemaitre-Chaboche, afin de reproduire la chute de la contrainte d'écoulement à l'approche de la rupture du matériau. De plus, pour modéliser la limite de ductilité des tôles métalliques, le critère de localisation par bandes de cisaillement de Rice a été introduit, dans le cadre d'une formulation complètement tridimensionnelle en grandes déformations. La modélisation développée tient ainsi compte de nombreux phénomènes tels que l'anisotropie plastique initiale, celle induite par écrouissage, l'adoucissement généré par l'endommagement et enfin la localisation des déformations. Pour permettre l'exploitation de cette modélisation dans le cadre de la simulation numérique des procédés de mise en forme, une implantation numérique robuste et efficace a été réalisée dans un code de calcul par éléments finis. Différents schémas d'intégration ont été testés et comparés afin de retenir le meilleur compromis entre précision et temps de calcul. A des fins de validation, cette modélisation a d'abord été appliquée à la simulation d'essais rhéologiques à trajets directs et séquentiels. En comparaison avec les courbes expérimentales, les prédictions obtenues ont bien montré toute la capacité du modèle élasto-plastique à écrouissage microstructural à reproduire les phénomènes de transition observés sur des trajets séquentiels. Par la suite, l'application de cette modélisation à l'étude du retour élastique a mis en évidence les effets de plusieurs paramètres (rhéologiques, numériques ou liés au procédé). En particulier, il a été montré, à travers une application spécifiquement déterminée, que l'influence d'un modèle d'écrouissage avancé, tel que le modèle microstructural, pouvait se révéler importante dans certaines applications. Enfin, une analyse de la localisation des déformations a été menée en utilisant le critère de Rice conjointement au modèle élasto-plastique couplé à l'endommagement. Cette étude a montré la capacité de cette approche à prédire les courbes limites de formage, ainsi que l'orientation des bandes de localisation, sur des trajets de chargement directs et séquentiels.

Synthèse bibliographique faisant le point des connaissances actuelles sur les modèles élasto-plastiques avec écrouissage utilisés pour représenter le comportement des sables. Présentation de modèles développés récemment. Réflexions sur leur capacité à représenter d'une façon pratique certains aspects du comportement réel des sols pulvérulents. Mise au point d'algorithmes de résolution par la méthode des éléments finis du problème de frottement-décollement d'interfaces. Applications et mises en oeuvre d'un programme permettant le couplage du frottement et décollement de contact avec l'élasto-plasticité du massif. Les quatre exemples différents choisis touchent divers domaines du génie civil.

Ce présent travail s'inscrit dans le cadre de la modélisation multi-échelles de la plasticité cristalline des superalliages monocristallins à base nickel. Dans ce contexte, une transition d'informations recueillies à l'échelle mésoscopique justifiant physiquement un modèle micromécanique est mise en évidence. Un couplage entre une simulation par dynamique des dislocations et la méthode des éléments finis, le Modèle Discret-Continu (MDC) est utilisé afin de reproduire les interactions entre dislocations et précipités. Une première application a pour objet de décrire des effets d'échelle induits par une variation de la largeur du couloir de matrice sur les propriétés mécaniques. La relation entre les microstructures simulées de dislocations, la contrainte d'écoulement et la déformation plastique est appréhendée. Une seconde étude traite l'influence de l'orientation du chargement sur le comportement mécanique du superalliage. Les interactions entre les systèmes primaires et déviés sont discutées et leur rôle majeur dans la localisation de la déformation plastique dans les couloirs de matrice est démontré. Par ailleurs, l'écrantage des interactions élastiques à longues portées associées aux réseaux de dislocations d'interface explique l'origine du faible taux d'écrouissage observé pour des essais orientés <111> à hautes températures. Fortes des interprétations faites à l'échelle des dislocations, deux modélisations de nature très différentes sont développées. Une première évoque dans sa formulation une loi de durcissement dictée par une densité de dislocations géométriquement nécessaires. La formation et l'évolution des microstructures de dislocations sont étudiées : la comparaison avec les résultats obtenus avec le MDC montre les faiblesses de cette approche continue. On justifie ainsi le développement d'un second modèle micromécanique par homogénéisation, pour lequel la réponse globale du matériau est déterminée en considérant les rôles de la microstructure et des interactions mécaniques entre constituants. Dans ce modèle, les mécanismes locaux sont décrits de manière physique et les lois d'écrouissage sont écrites en termes de densités de dislocations mobiles. Il a été identifié à 850 et 950°C, et validé avec succès sur le superalliage CMSX-4 monocristallin.

Le béton est un matériau dont le comportement n'a pas été totalement compris surtout dans des situations accidentelles spectaculaires: les incendies de tunnels. De nombreuses recherches ont été donc entreprises pour comprendre son comportement à hautes températures (allant jusqu'à les 800°C) surtout qu'il y a eu trois incendies de tunnels en Europe durant les dix dernières années provoquant un écaillage de structures en béton. Ce travail vise à apporter une contribution à la compréhension des mécanismes de cet écaillage dans le béton chauffé. Par une première approche, on s'intéresse à l'étude de l'écaillage hydraulique provoqué par les pressions des fluides dans le béton considéré comme un milieu poreux. L'étude, basée sur un modèle thermo-hydro-chimique indéformable, porte plus particulièrement sur la formation d'un "bouchon" (zone quasi-saturée d'eau liquide) qui est à l'origine de l'augmentation importante des pressions de gaz qui se trouve "bloqué". Une approche analytique simplifiée et justifiée par un calcul numérique complet a permis de mettre en évidence l'existence d'une température de "saturation" qui peut nous renseigner sur la profondeur du "bouchon" majorant ainsi la profondeur de l'écaillage hydraulique. Par une deuxième approche basée sur un modèle de thermo-chimio-plasticité, on cherche à étudier l'écaillage mécanique. Le béton, considéré cette fois comme un milieu continu, est soumis à des contraintes de compression provoquées par la dilatation thermique empêchée. Sa rigidité et sa résistance sont aussi réduites sous l'effet de la déshydratation chimique des hydrates CSH à hautes températures. Le zone proche de la surface chauffée rentre en phase plastique. Un modèle analytique simplifié et justifié par un calcul numérique complet a permis de comprendre cet écaillage mécanique et de mettre en évidence l'existence d'une température de "plastification" qui peut nous renseigner sur la profondeur de la zone plastifiée majorant ainsi la profondeur de l'écaillage mécanique. Finalement, un modèle thermo-poro-élastique qui tient compte des transferts de chaleur et de masse ainsi que de la déformabilité du béton a permis de définir deux contraintes effectives: une contrainte de traction exercée par les fluides sur le squelette et qui caractérise donc l'écaillage hydraulique et une contrainte de compression conséquence de la dilatation thermique empêchée et qui caractérise donc l'écaillage mécanique. Un critère de plasticité a été utilisé pour voir la contribution de chacune des contraintes dans l'atteinte de la phase plastique ce qui peut nous renseigner sur le \poids" de chacun des deux mécanismes (hydraulique ou mécanique) dans le processus d'écaillage.