Les mécanismes de déformation plastique des matériaux cubiques à corps centré sont étudiés depuis plus d’un demi-siècle. Il est maintenant bien établi que les dislocations vis contrôlent la plasticité de ces matériaux. Ceci est dû à une structure non-plane du cœur de ces dislocations, qui induit une forte friction de réseau communément appelée ‘pseudo-Peierls’. Le mécanisme supposé est la nucléation thermiquement activée de paires de décrochements. Cette structure de cœur particulière limite également les plans de glissement possibles. Les traces de glissement aux échelles méso et microscopiques apparaissent ‘ondulées’, ce qui a amené à proposer toute une variété de plans de glissement.Dans ce contexte, nous avons analysé à une échelle plus fine, i .e. à l’échelle atomique, les traces de glissement obtenues par déformation en compression de monocristaux de niobium à des températures situées dans le régime de température thermiquement activé: 293 K, 200 K et 90 K. L’analyse par microscopie à effet tunnel sous environnement ultra vide indique qu’à la résolution atomique chaque trace de glissement peut être décomposée en segments associés à des plans de type {112} et {110}. De manière surprenante, il est mis en évidence qu’à 293 K et 200 K du glissement se produit à la fois dans le sens maclage et antimaclage. De plus, toutes les traces de glissement impliquent du glissement sur des plans de type {110}, étayant ainsi la structure de cœur compact prévue par simulations atomistiques ab initio.L’étude in situ de la surface sous contrainte, à T = 293 K et 200 K, a aussi mis en évidence des réorganisations, voire des disparitions, de terrasses atomiques au voisinage de dislocations émergentes. Le calcul des forces d’interaction en élasticité linéaire isotrope montre que les dislocations proches de ces terrasses ne jouent pas de rôle prépondérant sur la position d’équilibre des terrasses. En revanche, celles-ci modifient localement le potentiel chimique de surface, favorisant la diffusion atomique à l’origine des réorganisations de surface constatées expérimentalement. / The plastic deformation of body-centred cubic metals is the subject of extensive studies since more than half a century. It is now well established that the screw dislocations control the plasticity of these metallic metals. The reason for this is attributed to a non-planar configuration of the core of these dislocations, which induces a high friction force usually referred to as ‘pseudo-Peierls’. The underlying elementary mechanism is the thermally activated nucleation of kink pairs. While perfect screw dislocations do not have specific glide plane, the non-planar core configuration limits the number of possible slip planes. The slip traces observed at the meso and microscopic scales are wavy, which has leaded to the proposal of several possible slip planes.In this context, we propose an analysis at a finer scale, i.e. the atomic scale, of the slip traces produced by compressive stress on niobium single crystals at three temperatures in the thermally activated temperature regime, namely: 293 K, 200 K and 90 K. The analyses were carried out using a scanning tunnelling microscope under ultra-high vacuum environment. At this scale of observation, the slip traces are made up of crystallographic segments that can be associated with {011} and {112} planes. It is also noticeable that at 200 K and 293 K dislocation glide is observed in both the twinning and the anti-twinning directions. More importantly, all slip traces include segments that belong to {011} planes strongly supporting the latest ab initio atomistic simulations predicting a compact core configuration for screw dislocation.In this study, we also established that, at T = 293 K and 200 K, the sample surface may undergo drastic changes of its vicinal terraces, when they are close to emerging dislocations. The calculation of interaction forces, in the frame of isotropic linear elasticity, indicates that dislocations close to vicinal terraces do not play a major role regarding the stable positions of the vicinal terraces. However, they locally modify the chemical potential of the surface, thus enhancing atomic diffusion which is at the origin of the surface reorganisations experimentally observed.

Ce travail de thèse a pour objet l'étude de l'influence de la plasticité sur le délaminage et le flambage de films minces déposés sur substrats. Il repose sur une approche mixte combinant des simulations atomistiques et des calculs analytiques basés sur la théorie des plaques minces de Föppl-von Kármán (FvK). Les simulations ont permis de caractériser, au cours de la formation d'une ride droite, un mécanisme de glissement localisé dans l'interface en pied de cloque entraînant une augmentation de la déflexionmaximale de la ride. Ce mécanisme de glissement est également présent lorsque le délaminage piloté par le flambage du film mince est lui aussi observé. En l'intégrant dans le modèle élastique de FvK, la forme de la ride droite ainsi que le processus de délaminage ont ensuite été caractérisés. Le bon accord trouvé entre les simulations atomistiques et le modèle explique notamment le délaminage des cloques sans introduire de dépendance entre l'énergie d'adhésion et la mixité modale. L'initiation du cloquage à partir d'une marche d'interface créée par des dislocations venant du substrat a également été étudiée.Les simulations révèlent qu'avant flambage, le film se décolle à la fois sur le haut et sur le bas de la marche. Un mécanisme de glissement est là aussi identifié. Une déformation critique de flambage qui tient compte de ces phénomènes a été déterminée en modélisant le film mince sur la marche dans le formalisme de FvK. Les résultats des simulations couplés au modèle élastique expliquent, comme il est par ailleurs observé expérimentalement, pourquoi les cloques se forment préférentiellement au-dessus dedéfauts tels que des marches. / The purpose of this thesis is to study the influence of plasticity on the delamination and buckling of thin films deposited on substrates. Combining atomistic simulations and analytic calculations performed in the framework of continuum mechanics, the microscopic processes consisting in the sliding of the atoms located at the base of the blister has been characterized during the formation of a straight-sided blister. This sliding effect has been found to increase the maximum deflection of the buckling structure. It also modifies the delamination process of the interface. Taking into account this sliding into the Föppl-von Kármán theory of thin plates (FvK), the shape of the straight-sided blister and the delamination process have been then characterized. The agreement found between the atomistic simulations and the model explains how the buckling-driven delaminationproceeds without introducing any dependence between the adhesion energy and the mode of mixity. The initiation of the buckling from a dislocation-induced interface step has been also investigated. The simulations show that, before buckling, the film delaminates on both sides of the step and a sliding mechanism is also observed. A critical buckling strain accounting for thesephenomena has been analytically determined in the FvK framework. The simulation results and the elastic model explain, as it has also been experimentally observed, why blistering preferentially occurs above step-like defects.

L'objectif de cette thèse est l'étude de la déformation, à l'échelle microscopique, de la phase MAX Ti2AlN, synthétisée par métallurgie des poudres. Ce travail se divise en trois parties : une première dans laquelle l'accent a été mis sur l'hystérèse mécanique des phases MAX via des essais cyclés, en nanoindentation sphérique et compression ex-situ de micro-piliers, sur des grains d'orientations différentes déterminées par l'EBSD. Dans la deuxième nous nous sommes intéressés à la déformation de micropiliers via des essais de compression cyclés in-situ couplés à la micro-diffraction Laue. L'objectif a été d'analyser les taches diffraction au cours de la déformation du pilier afin de mettre en évidence les mécanismes de déformation élémentaires mis en jeu et d'observer les structures finales via des images MEB post-mortem des piliers. Enfin, une dernière dans laquelle l'objectif a été l'étude des mécanismes de déformation en température à l'échelle microscopique via des essais de nano-indentation allant jusqu'à 800°C. La caractérisation des lignes de glissement en surface et des configurations microstructurales sous l'empreinte a été réalisée par AFM et MET respectivement. Toutes les données recueillies par ces divers essais aux petites échelles, ont permis d'affiner notre compréhension des mécanismes de déformation du monocristal de phase MAX, notamment vis à vis des modèles usuellement proposés dans la littérature. / The thesis's goal is to study the deformation, at microscopic scale, of the MAX phase Ti2AlN synthesized by powder metallurgy. This work is divided into three parts: in the first part, the interest has been put on the hysteretic behavior of the MAX phases via cyclic mechanical solicitations, during spherical indentation tests and ex-situ compression of micro-pillars, on differently orientated grains beforehand determined by EBSD. In the second part, we were interested into the micro-pillar's deformation via insitu cyclic compression tests coupled with Laue micro-diffraction. The goal was to analyse the evolution diffraction lines during the pillar's deformation in order to highlight the elementary deformation mechanisms and to observe the finale structures via the post-mortem SEM imaging of the pillars. Finally, a last part was devoted to study the deformation mechanisms in temperature at microscopic scale via nano-indentation tests up to 800°C. The characterization of the slip lines on the surface has been revealed by AFM and that of t he microstructural configurations (dislocations) under the indent has been done by TEM. All data collected by these various tests at the small scales have refined our understanding of the deformation mechanisms of crystal MAX phase, particularly with respect to the models usually proposed in the literature.