Ce travail vise à améliorer la compréhension de la déformation locale des matériaux polycristallins. Pour cela, les comportements des grains individuels d'un polycristal d'aluminium déformé plastiquement sont étudiés par une approche couplant expériences in situ en synchrotron et simulation par élément finis.Dans l'expérience, la microstructure initiale est cartographiée par tomographie en contraste de diffraction (DCT). L'éprouvette est déformée en traction uniaxiale et 466 grains sont suivis par microscopie 3D par diffraction des rayons X (3DXRD) jusqu'à une déformation de 4.5%. De nouvelles méthodes d'analyse originales donnent accès aux orientations, déformations élastiques et contraintes, en moyenne par grain, et permettent de déterminer les distributions d'orientations intragranulaires à partir des données 3DXRD.Dans la simulation, la microstructure réelle (DCT) est modélisée par une partition de Laguerre, maillée finement et soumise au chargement expérimental. Les champs mécaniques et les champs d'orientations résultants peuvent être comparés aux données expérimentales.La comparaison entre expérience et simulation révèle un accord au premier ordre. Les rotations expérimentales montrent une forte variabilité associée à l'interaction intergranulaire et bien reproduite dans la simulation. Les distributions d'orientations ont des directions d'étalement privilégiées perpendiculaires à la direction de traction, ce qui est relié aux mécanismes de déformation du matériau. Les contraintes montrent un bon accord, dans la limite de la précision de mesure. Ces données, très riches, fournissent des pistes d'amélioration pour les modèles de plasticité cristalline. / This work aims to improve our understanding of the local deformation of polycrystalline materials. To this end, in situ synchrotron experiments and finite element simulations are coupled to study the individual grain responses in an aluminium polycrystal during plastic deformation.In the experiment, the initial microstructure is mapped by Diffraction Contrast Tomography (DCT). The specimen is deformed in uniaxial tension and 466 grains are followed by 3D X-Ray Diffraction (3DXRD) up to 4.5% plastic strain. New original analysis methods provide the grain average orientations, elastic strains and stresses, and allow determining the intra-grain orientation distributions from the 3DXRD measurements.In the simulation, the real microstructure (DCT) is modeled by a Laguerre tessellation, finely meshed and submitted to the experimental loading. The resulting mechanical and orientation fields can be compared to the experimental data.The comparison reveals a first-order agreement between experiment and simulation. The experimental rotations exhibit a high variability, associated to grain interaction and well reproduced in the simulation. The orientation distributions exhibit preferential spread directions perpendicular to the tensile direction, which can be related to the deformation mechanisms. Lastly, the stresses are found to be in agreement within the measurement accuracies. Such a rich dataset provides routes to improve crystal plasticity models.

Ce travail vise à améliorer la compréhension des mécanismes et de la dynamique de sous-structuration des grains pendant la deformation des matériaux polycristallins. Pour cela, des experience in situ en synchrotron et des acquisitions EBSD ont été menées afin d’étudier les comportements des grains individuels d’un polycrystal d’Aluminium déformé plastiquement. Une éprouvette d’un alliage Al-0.1%Mn a été déformée en traction in situ et analysée par microscopie 3D par diffraction des Rayons-X (3DXRD). Une nouvelle méthode de dépouillement a été développée pour determiner les axes de désorientation intragranulaires et les distributions d’orientation, grâce à l’analyse de l’élargissement azimutal des taches de diffraction. La technique EBSD a été appliquée pour obtenir des cartographies de désorientation des grains individuels d’une éprouvette déformée en traction. Trois acquisitions ont été réalisées sur la même région d’intérêt à l’état non déformé et après l’application des deformations 1% et 5%. Ces résultats permettent une meilleure comprehension de la formation et de l’évolution des gradients d’orientations intragranulaires, et son ten bon accord avec les modèles théoriques pré-existants. Aussi, la caractérisation de la sous-structuration des grains et de la deformation intragranulaire a été réalisée grâce à la technique K-map. La deformation était très hétérogène avec des valeurs élevées de compression et de traction à l’intérieur des grains et en proximité de deux joints de grains, respectivement. La distribution de la norme des vecteurs de diffraction a montré que les dislocations sont à l’origine de la deformation. / This work aims to improve the understanding of grain sub-structuration mechanisms and dynamics during deformation of polycrystals. For this purpose, in situ synchrotron experiments and EBSD acquisitions were coupled to study the response of single grains of an Al-0.1%wt.Mn polycrystal during tensile deformation. The specimen deformed in situ at the synchrotron was analyzed by 3DXRD. A new method provided a grain-by-grain analysis of the intragranular misorientation axes and their orientation distribution, through the investigation of the azimuthal broadening of diffraction spots. The 3DXRD results were cross-checked by classical EBSD analysis. Three acquisitions were carried out over the same region of interest at the undeformed state and after the application of 1% and 5% strain. Thanks to the available spatial resolution, the EBSD results allow for a better comprehension of the creation and dynamics of intragranular orientation gradients, and are in good agreement with pre-existing theoretical models. In addition, the characterization of grain sub-structuration and intragranular strain was performed through a novel X-Ray scanning technique, the K-map. The strain was found to be very heterogeneous with high compressive and tensile values in the grain interior and near two grain boundaries, respectively. Dislocations were found to be at the origin of deformation.

Les comportements mécaniques des films minces polycristallins sont encore mal compris à l'échelle sub-micronique. En particulier des hétérogénéités locales de déformation importantes sont attendues, mais elles restent difficile à quantifier expérimentalement. Les nouvelles possibilités offertes par les micro-faisceaux synchrotron de rayons X ont donc été utilisées dans ce travail pour éclairer cette problématique.Une réflexion de Bragg provenant d'un grain unique sub-micronique a été acquise avec une très bonne résolution dans l'espace réciproque en trois dimensions lors d'un cycle thermique. Les propriétés de cohérence du faisceau ont été utilisées pour reconstruire à trois dimensions une composante du champ de déplacement intra-grain avec une résolution d'une vingtaine de nanomètres dans les trois directions. Cette technique est basée sur des algorithmes de reconstruction de phase qui néanmoins connaissent des stagnations dans le cas des échantillons fortement déformés. Une méthodologie basée sur la connaissance de la forme du grain a donc été développée pour contourner ces difficultés. Des analyses complémentaires de diffraction X de laboratoire et de microdiffraction monochromatique ont également mis en évidence des hétérogénéités importantes de déformation entre les différents grains. / Strain heterogeneities in polycrystalline thin films are of great interest in technology because many fabrication and reliability problems are stress related. Nevertheless measuring local strains in sub-micron grains remains a real experimental challenge. This thesis is focused on recent and promising results in the field of strain measurements in small dimensions via X-ray micro-diffraction. A 3D mapping of 111 Bragg reflection from a Au sub-micron single grain was measured during a thermal cycle. Coherent properties of the beam has been used to retrieve a component of the displacement field in 3D from this single grain with a resolution around 17x17x22 nm via phase retrieval procedures. However algorithms do not always converge when the grain is highly strained. Thus alternative techniques are proposed and tested to overcome this stagnation. Complementary results from laboratory diffraction and micro 3D X-Ray Diffraction have also been analysed to compare strain at different scales. Strong strain heterogeneities has been evidenced between grains.