Les lois d'endommagement incrémentales présentent de nombreux avantages en terme de modélisation thermomécanique. S'affranchissant de la notion de cycle en fatigue, elles s'appliquent naturellement aux chargements complexes, anisothermes. Des extensions à l'anisotropie du modèle d'endommagement isotrope de Lemaitre sont proposées et identifiées sur le Haynesl88, superalliage à base cobalt utilisé pour la réalisation de chambres de combustion de turbomachines, permettant de déterminer les conditions d'amorçage de fissure par la méthode des éléments finis. Le cas des hautes températures est traité via un couplage viscoplasticité/endommagement dans le cadre de la thermodynamique des matériaux solides. Le seuil d'endommagement en énergie stockée et l'extension du modèle aux conditions unilatérales de refermeture des micro défauts sont présentés. Différents schémas numériques de résolution sont proposés, dans le cas de calculs couplés, ou de post traitements de calculs 3D viscoplastiques sans endommagement. Des applications anisothermes sont simulées: fluage à température variable, chargements biaxiaux, non proportionnels, aléatoires... Les apports de l'anisotropie de l'endommagement et des conditions unilatérales de refermeture des microdéfauts sont étudiés. Enfin, la robustesse du modèle est testée sur un essai original de fatigue thermique structural sur éprouvette multiperforée, reproduisant les sollicitations subies par une pièce réelle. La corrélation entre résultats numériques et expérimentaux en terme de comportement et de durée de vie permet la validation de la méthodologie d'identification et d'utilisation du modèle incrémental, en vue de son industrialisation.

Dans cette thèse, nous proposons une analyse globale multi-échelles de la fatigue à faible nombre de cycles des matériaux à mémoire de forme (MMF). Dans un premier temps, une large campagne d’essais a été menée pour différents chargements thermomécaniques comprenant des tests de fatigue sous contrainte et déformation imposée et pour différentes fréquences de chargement. A partir des résultats des essais, un critère de fatigue, basé sur l’énergie de déformation, a été développé ; on montre que l’énergie de déformation est un paramètre pertinent pour prédire la fatigue des MMF en tenant compte du couplage thermomécanique et du type de chargement : contrainte ou déformation imposée. Ensuite, en prenant appui sur la répartition de l’énergie de l’hystérésis en dissipation et énergie stockée, on avance une interprétation physique du mécanisme de la fatigue des MMF. Dans la troisième partie, on propose une modélisation multi-échelles de l’initiation des fissures de fatigue dans les MMF à partir de la notion de plasticité de transformation (PlTr). Dans ce cadre, on montre que la fatigue de MMF est contrôlée par la (PlTr) et que la température maximale lors de la transformation de phase est le paramètre à retenir pour prédire la rupture par fatigue des MMF. Le modèle permet également de prédire le lieu d’initiation des premières fissures de fatigue. Enfin, un procédé – fondé sur l’«éducation» des MMF – permettant d’améliorer la résistance à la fatigue est proposé. / The thesis proposes a multi-scale comprehensive analysis of low cycle fatigue of shape memory alloys (SMAs). First, low cycle fatigue of SMAs is experimentally investigated; comprehensive tensile-tensile fatigue tests under both stress and strain controlled loadings at different frequencies are carried out and results are discussed. Second, a new strain energy-based fatigue criterion is developed; it is shown that the use of total strain energy is a relevant parameter to predict fatigue lifetime of SMAs for different thermomechanical conditions and under different types (strain-control or stress-control) loadings. A physical interpretation of the mechanism related to the low-cycle fatigue of SMAs is then provided based on the conversion of hysteresis work into dissipation and stored energy. Third, fatigue crack initiation during cyclic stress-induced phase transformation is modeled based on transformation induced plasticity (TRIP); it is shown that the maximum temperature during the cyclic loading is a relevant indicator of the fatigue of SMA. Furthermore, the effect of the macroscopic mechanical load on the the fatigue lifetime is addressed as well as the spatial location of crack initiation. Finally, a mechanical training process that allows enhancing resistance to low cycle fatigue of SMAs is proposed.

Les propriétés magnétiques et mécaniques des alliages Fe-49%Co-2%V et Fe-27%Co, utilisés respectivement dans les générateurs et les transformateurs électriques de l’aéronef, ont été étudiées en fonction des traitements thermiques. Concernant le Fe-49%Co-2%V, les résultats expérimentaux ont montré que les propriétés magnétiques et mécaniques dépendent de la distance entre les interfaces qui séparent les cristallites présents dans la microstructure et ceci quel que soit le taux de recristallisation. Le champ coercitif dépend linéairement de l’inverse de la distance entre ces interfaces et la limite d’élasticité suit une loi de Hall et Petch modifiée pour tenir compte des sous-joints. De plus, une relation linéaire entre la contrainte de friction de la loi de Hall et Petch avec le taux d’ordre à grande distance mesuré par diffraction de neutrons a été établie. Finalement, en s’appuyant sur l’expérience, une loi polynomiale de degré deux reliant les pertes magnétiques et la limite d’élasticité a été proposée. Concernant l’alliage Fe-27%Co, un suivi de l’évolution de la composante de Goss {011}<100> pendant le processus de fabrication a été réalisé. Cette composante est recherchée car favorable pour les propriétés magnétiques. Il a été trouvé que l’origine de cette texture est intimement liée au cisaillement développé lors du laminage à chaud. De plus, le développement de la texture {111}<112> de déformation à froid a été étudié. Le système de glissement {110}<111>, majoritairement activé, a été mis en évidence via un couplage d’analyses EBSD et de simulations VPSC. Au cours de la déformation plastique, les composantes de Goss et Cube tournée ({001}<110>) tournent afin de positionner leur plan {110} pour le glissement facile. Ces rotations, respectivement de 35° et 55° autour de la direction transverse, permettent de former la composante {111}<112>. / Magnetic and mechanical properties of Fe-49%Co-2%V and Fe-27%Co alloys, used in electric generators and transformers of the aircraft, have been investigated as a function of heat treatments. As regards to Fe-49%Co-2%V alloy, experimental results have shown that the magnetic and mechanical properties depend on the boundary spacing, which separate the microstructure crystallites, whatever the recrystallized fraction. The coercivity depends linearly on the inverse of the boundary spacing and the yield strength follows a modified Hall Petch relationship by taking into account the sub-grain size. Moreover, a linear relationship between the frictional stress and the long range order degree measured by neutron diffraction has been established. Finally, based on the experiment, a square polynomial degree relationship between the magnetic losses and the yield stress has been proposed. As respect to the Fe-27%Co alloy, the evolution of the {011}<100> Goss component during the manufacturing process has been investigated. This sought component is favorable for the magnetic properties of the sheet. It has been found that the origin of this texture is related to its development by shearing during hot rolling. Moreover, the development of the {111}<112> cold deformation texture was studied. It has been established by coupling EBSD analysis and simulation based on VPSC model that the {110}<111> system is the predominant active slip system during the plastic deformation. During the deformation, the Goss and the rotated Cube ({001}<110>) components, rotate of 35° and 55° respectively with regard to the transverse direction. That happens in order to place the active slip plane {110} in the favorable position for gliding to develop the {111}<112> component.