Dans ce travail de thèse, une amélioration aussi bien à l’échelle globale qu’à l’échelle locale a été apportée sur la compréhension des mécanismes tribologiques aux interfaces outil-pièce-copeau durant l’usinage à sec de l’acier C45 avec des outils en carbure de tungstène revêtus en TIN. Dans une première partie expérimentale, des essais de frottement ont permis d’étudier la sensibilité des paramètres de frottement sur le comportement tribologique aux interfaces pion-pièce. Ainsi, l’évolution du coefficient de frottement, du flux de chaleur et du coefficient de partage de chaleur aux interfaces outil-pièce-copeau ont été identifiés pour le couple de matériau frottant et frotté. Pour mieux comprendre ces phénomènes, une étude métallographique a été effectuée sur des échantillons. Elle a notamment permis l’obtention des transformations métallurgiques au niveau de la surface superficielle de la pièce : des affinements des grains (déformation plastique) aux basses vitesses de frottement et des couches blanches (durcissement thermique) pour les grandes vitesses. Pour avoir plus de détails, un modèle numérique simulant l’essai de frottement a été développé en se basant sur l’approche Arbitraire Lagrangienne Eulérienne (A.L.E). Ce modèle nous a permis d’avoir plus d’informations sur les grandeurs locales de frottement (pression de contact, température de contact, vitesse locale de glissement, déformation plastique). Un modèle de frottement et un modèle de coefficient de partage de chaleur ont été identifiés à travers cette étude numérique. Dans la deuxième partie expérimentale, deux types d’essais d’usure ont été effectués dans des conditions similaires sur des pions et sur des plaquettes d’outils de coupe de même nuance. Des analyses microscopiques et au MEB couplés à une analyse EDS ont été faites afin de mieux analyser les mécanismes tribologiques durant les essais d’usure. Des similitudes de faciès d’usure ont été observées à différentes échelles d’analyse, sur les pions ainsi que sur les plaquettes d’outils de coupe. Ces similitudes ont permis d’aboutir à une corrélation des phénomènes tribologiques observés sur les pions et ceux observés sur les plaquettes. / In this work, improved both global and local levels has been made on understanding the tribological mechanisms at the chip-tool-workpiece interface in dry machining of a AISI 1045 steel with a TiN coated carbide tool. In the first part, several friction tests have been performed to study the sensitivity of friction parameters on the tribological behavior at pin-workpiece interface. Thus, evolutions of the apparent friction coefficient, of heat flux and of heat flux partition ratio have been identified. To better understand these phenomena, a metallographic study was performed on the samples of the workpiece.It has enabled the achievement of metallurgical transformations in terms of surface area of the room : the refinement of grains (plastic deformation) friction at low speeds and white layers (thermal curing)for high speeds. These results show that the initial state of the steel (ferritic-pearlitic microstructure) has been changed, In fact, two phenomena have been observed. The first phenomenon has been observed for low sliding velocities. In this range of the sliding velocities, the grains have been crushed because of the large plastic deformations. The second phenomenon has been observed by increasing the friction velocity. In fact, the white zones have been identified at the surface layer and which have presented a different structure compared to the initial state of the steel. A 3D A.L.E. numerical model, simulating the friction test, enables to extract local information from the contact area, especially the contact pressure, the contact temperature and the average local sliding velocity. An adhesive friction model and a heat partition coefficient model depending on average local sliding velocity have been identified. These friction models can be utilized in a FEM of the cutting process in order to improve the understanding of the material flow and temperature distribution around cutting tools. In the second part, pin wear in the friction tests and tool wear in machining tests have been performed. To compare the phenomena observed at the tool-chip interfaces during the wear tests in machining with the phenomena observed at the pin-workpiece during the wear tests of friction, similarities of faces have been observed at different scales of analysis on the pins and on the cutting tool inserts.

La dégradation par fretting-corrosion des prothèses de hanche cimentées est l’une des principales causes de réintervention chirurgicale. L’étude du fretting-corrosion est effectuée entre un acier inoxydable 316L, matériau utilisé pour les tiges fémorales, et un polymère PMMA, matériau modèle du ciment chirurgical, dans différentes solutions, plus ou moins proches du liquide physiologique.L’étude a d'abord été réalisée à potentiel libre (OCP) pour être proche des conditions in vivo. L’influence des chlorures et le rôle de l’albumine, principale protéine du liquide physiologique, sur la dégradation du 316L et de sa couche passive sont ainsi évalués.Pour pouvoir obtenir des informations sur le courant de corrosion, des essais sont effectués à potentiel imposé. Le potentiel choisi est proche de la valeur de potentiel pendant fretting : E = -400 mV(ECS). Ce potentiel permet d’observer la transition entre courant cathodique et courant anodique en fonction de la force ionique. Lors d’un essai de fretting-corrosion, l’albumine joue le rôle d’inhibiteur de corrosion.La dégradation du 316L par fretting-corrosion est une combinaison entre l’usure corrosive, due au milieu physiologique contenant des chlorures, et l’usure mécanique. Il existe un terme de synergie entre usures corrosive et mécanique. L’influence de la force ionique et de l’albumine sur ce terme de synergie est aussi quantifiée.La forme de la trace d’usure en “W”, caractéristique du fretting-corrosion, est due à un gradient de pH et à un mécanisme de corrosion proche de la corrosion caverneuse. Une étude à pH global imposé a permis d’estimer les valeurs probables de pH dans et à une courte distance de la zone d’usure. / In case of total hip joint cemented prosthesis, one of the most important causes of reintervention is the degradation induced by fretting-corrosion. The study of fretting-corrosion mechanism is conducted between a 316L stainless steel, the same material as the femoral stem, and a polymer PMMA, a model material for bone cement, in several solutions, more or less close to physiological liquid.First, the study was investigated at Open Circuit Potential (OCP), to be close to the in vivo conditions. The influence of chlorides and the role of albumin, the principal protein in the physiological liquid, on the 316L and its passive layer degradation are evaluated.To obtain some information on corrosion current, experiments are investigated at applied potential. The chosen potential is close to the value of the potential during fretting: E = -400 mV(SCE). Besides, this potential is a threshold potential for anodic and cathodic transition of current as a function of ionic strength. One of the key points is the role of albumin as a corrosion inhibitor in the degradation by fretting-corrosion.The 316L degradation by fretting-corrosion is a combination between corrosive wear, due to the physiological liquid which contains chlorides, and mechanical wear. There is a synergy term between corrosive and mechanical wears. The influence of ionic strength and albumin concentration on this synergy term is also quantified.The shape of the worn area in “W”, typical of fretting-corrosion, is due to a pH gradient and a corrosion mechanism close to crevice corrosion. A study where the global pH of the solution is fixed allows estimating values of pH in and at a short distance from the worn area.

Ce travail a été consacré au développement de nouveaux microréservoirs d'inhibiteurs de corrosion à base de ressources naturelles minérales (les argiles marocaines de types beidellite et palygorskite), et organiques (le chitosane et l'acide heptanoïque) pour être utilisés en tant que charges anticorrosion dans les peintures. Dans les réservoirs de type beidellite, le stockage des inhibiteurs de corrosion a été réalisé soit en saturant les espaces interfoliaires par des cations inhibiteurs de corrosion tels que Ca2+ ou Ce3+, soit en modifiant les charges des feuillets argileux par intercalation du biopolymère chitosane afin d'adsorber des composés anioniques comme les ions heptanoate (C7-). Dans les réservoirs de type palygorskite, le stockage est basé sur le greffage d'un alkoxysilane sur les sites silanols de surface permettant d'adsorber les composés inhibiteurs via des sites NH3+. Après avoir caractérisé les matériaux avant et après fonctionnalisation par différentes techniques analytiques, les performances d'inhibition de corrosion du zinc et d'un acier doux en milieu NaCl ont été évaluées et comparées à celles du composé commercial dihydrogénotriphosphate d'aluminium (TPA) en utilisant des techniques électrochimiques stationnaires et dynamiques. Globalement, le revêtement organique à base de la beidellite modifiée au C7- montre une meilleure protection de l'acier électrozingué que le revêtement au TPA. De même, le revêtement organique comportant la palygorskite greffée au C-7 présente une performance d'inhibition de la corrosion de l'acier doux très intéressante par rapport au revêtement au TPA, sur environ 400 h d'immersion / This work was devoted to the development of new micrometric tanks of corrosion inhibitors based on mineral natural resources (Moroccan beidellite and palygorskite clays), and organic (chitosan and heptanoic acid) to be used as corrosion inhibitor tanks in the paintings. In the reservoirs of beidellite type, the storage of corrosion inhibitors made either by saturating the interlamellar areas by corrosion inhibitors cations such as Ca2+, or Ce3+, or by modifying the electrostatic charge of clays by intercalation of chitosan biopolymer in order to adsorb anionic compounds as heptanoate ions (C7-. In palygorskite type tanks, storage is based on the grafting of an alkoxysilane on the surface silanol sites to adsorb compounds via NH3+ sites. After characterizing materials before and after functionalization by several analytical techniques, the performance of corrosion inhibitors on zinc and mild steel in NaCl medium was evaluated and compared to those of commercial compound aluminium dihydrogen triphosphate (TPA) using stationary and dynamic electrochemical techniques. Overall, the organic coating containing modified C7- beidellite shows better protection of zinc than TPA compound. Similarly, C7- grafted palygorskite coating presents a very interesting performance of corrosion inhibition of mild steel corrosion compared to the coating with TPA, during approximately 400 h of immersion

L’objet de cette thèse est la prise en compte des effets du fraisage de finition dans un modèle d’endommagement en fatigue. Les procédés d’usinage tels que le fraisage sont connus pour imposer de fortes sollicitations thermomécaniques, pouvant altérer les propriétés géométriques (rugosité, arrachements) et mécaniques (contraintes résiduelles, écrouissages) en surface et sous-surface des pièces produites. Ces propriétés, regroupées sous le terme d’intégrité de surface, sont susceptibles d’affecter significativement la tenue en fatigue des pièces fabriquées. Cette problématique a été traitée pour le cas particulier du fraisage de finition à l’outil hémisphérique d’aciers à microstructure bainitique. Plusieurs axes d’étude ont été suivis, à commencer par la mesure et la caractérisation de l’intégrité de surface, et en particulier de son caractère anisotrope. Dans un deuxième temps, le rôle joué par l’intégrité de surface lors de sollicitations en fatigue a été mis en évidence au travers d’une campagne d’essais de flexion portant sur différents types de surface. Ces travaux à dominante empirique ont été complétés par l’étude et l’amélioration d’une approche hybride visant à mêler données expérimentales et modélisation pour prévoir rapidement et efficacement les profils de contraintes résiduelles induits par le procédé. Enfin, la dernière partie de l’étude a porté sur la prise en compte des résultats ainsi obtenus dans un modèle d’endommagement dit à deux échelles, dans le but de représenter, et dans la mesure du possible de prévoir, l’effet de l’intégrité de surface sur le comportement en fatigue du matériau. / This thesis focuses on the effects of finishing milling on fatigue damage. Machining processes such as milling are known to incur high thermomechanical loadings, which alter the geometrical (roughness) and mechanical (residual stresses, strain hardening) properties of the surface and sub-surface of produced parts. These properties, designated as surface integrity, are likely to affect significantly the fatigue strength of machined parts. The problem has been studied here in the case of the ball-end tool finishing milling of bainitic steels. Several approaches were followed, starting with the measurement and characterization of surface integrity, and especially of its anisotropic nature. Secondly, the role played by surface integrity during fatigue behaviour was highlighted through a bending test campaign including different surface types. These mainly empirical works were completed with the study and improvement of a hybrid approach aiming at combining experimental data and modelling in order to predict quickly and efficiently the residual stress profiles induced by the process. Finally, the last part of the study has dealt with taking account of the results thus obtained in a so-called two-scale damage model, in order to describe, and insofar as possible, to predict the fatigue behaviour of the machined material.

La contamination des matériaux par les bactéries est un processus naturel et spontané pouvant être à l’origine de graves infections. Actuellement, les techniques de lutte contre la biocontamination font appel à l’utilisation de matériaux biocides. Ces méthodes sont cependant sujettes à controverse puisqu’il a été mis en évidence qu’elles pouvaient être toxiques, que leur efficacité pouvait diminuer dans le temps et surtout qu’elles pouvaient participer à rendre les bactéries de plus en plus résistantes. La formation d’un biofilm impliquant l’adhésion des bactéries sur les surfaces, de nouvelles stratégies ont été développées par la conception de surfaces limitant leurs interactions avec les bactéries, telles que les surfaces anti-adhésives superhydrophobes. En effet, dans ce cas, l’adhésion est réduite par la présence d’une couche d’air entre les bactéries et la surface. Dans ce projet, deux matériaux ont été rendus superhydrophobes : un acier inoxydable 316 par électrodéposition de polymères hydrocarbonés ou fluorés dérivés du poly(3,4- éthylènedioxythiophène), et un PET par des traitements plasma successifs d’oxygène, de polypyrrole et de CF4. Le contrôle des paramètres expérimentaux ont permis d’obtenir des surfaces d’hydrophobie et de morphologie variables de façon à pouvoir étudier l’influence de ces propriétés physico-chimiques sur la bioadhésion et la formation de biofilm de trois souches bactériennes : P. aeruginosa, L. monocytogenes et S. aureus. Il a ainsi été mis en évidence, dans les conditions testées, l’importance de la présence de fonctions fluorées associée à une structuration contrôlée pour diminuer la biocontamination de surfaces. / Bacterial surface contamination is a natural and spontaneous process involved in serious infections. Currently, biocidal materials are used to avoid the biocontamination. However, these methods are not sufficient because of their toxicity, their loss of efficiency over time and mainly because they can make the bacteria more resistant.The biofilm formation involving the bacterial adhesion on surfaces, new strategies have been developed with the conception of surfaces reducing their interactions with bacteria, such as superhydrophobic surfaces. In fact, bacterial adhesion could be reduced by the presence of an air layer between superhydrophobic surface and bacteria. In this project, two substrates have been made superhydrophobic: 316 stainless steel by electrodeposition of hydrocarbon or fluorocarbon polymers, derived from poly(3,4- ethylenedioxythiophene), and PET by successive plasma treatments of oxygen, polypyrrole and CF4. The control of experimental parameters led to different water repellency and surface morphologies, and allows the study of the effect of these physico-chemical properties on the bioadhesion and the biofilm formation with three bacteria: P. aeruginosa, L. monocytogenes and S. aureus. Thus, it has been shown the important role of fluorinated chains and controlled surface structures to reduce the surface biocontamination.

Cette étude s’intéresse à la modélisation du comportement thermoviscoplastique ainsi qu’à la rupture d’un acier de construction « S355NL » et d’un acier à blindage naval. Une campagne expérimentale a permis d’observer la réponse mécanique de ces matériaux sur une large gamme de condition de sollicitation, notamment leurs sensibilités à la vitesse de déformation ( de 〖10〗^(-3) à ~〖10〗^4 s^(-1)) et à la température (de -100 à 200 °C). Ces résultats ont été exploités lors de l’identification de lois de comportement permettant de représenter précisément le comportement mécanique de ces matériaux. Afin d’améliorer la description de la sensibilité à la vitesse de déformation, un nouvelle approche a également été développée. Une fois ces lois déterminées, elles ont été utilisées dans des simulations numériques modélisant l’impact d’un projectile sur ces aciers. Les résultats obtenus ont été comparés avec les essais expérimentaux correspondant afin d’estimer la fiabilité des données et des hypothèses utilisées lors des simulations. / The present study deals with the modelling of the thermo-viscoplastic behaviour and the failure of a structural steel “S355NL” and a naval armour steel. An experimental campaign have been performed to observe the mechanical response of these material over a wide range of conditions, especially their sensitivities to the strain rate (from 〖10〗^(-3) to ~〖10〗^4 s^(-1)) and to the temperature (from -100 to 200 °C). The obtained results have been used to identify the parameters of several constitutive relations. A new approach have been developed to improve the description of the strain rate sensitivity. These relations have been implemented in numerical simulation to model the impact of a projectile on these steels. The obtained results have been compared with corresponding experimental tests in order to assess the reliability of the data and the hypothesis used in the simulations.

Le laminage à chaud de l’acier inoxydable est une étape du procédé de fabrication agissant significativement sur la qualité de surface des produits. Les nuances ferritiques stabilisées sont largement utilisées dans les applications automobiles et de décoration mais sont concernées par le phénomène de collage à chaud. Ces nuances, ayant des résistances élevées en corrosion sèche et en fluage, sont riches en éléments tels que le Cr, le Nb ou le Ti, limitant aussi l’oxydation des brames lors du laminage. Or, l’oxydation maitrisée de la brame permet de protéger la surface du métal de tout contact direct avec les cylindres de laminage.Afin de comprendre l’initiation du collage, une première campagne d’étude sur la topographie et la dégradation de l’état de surface des cylindres a été réalisée. Il a été mis en évidence que l’initiation du collage ne serait pas du à des rayures d’usure en surface des cylindres et dont la profondeur serait supérieure à la couche d’oxyde, car la probabilité que la profondeur d’une rayure de cylindre soit plus importante que la couche d’oxyde est très faible.Ensuite, un banc d’essai reproduisant les conditions tribologiques de l’emprise du laminoir a été conçu afin de mieux appréhender les mécanismes à l’origine du collage. Etant donné l’importance de l’état de surface des brames et des cylindres, ce banc d’essai a permis de travailler sur des échantillons pris en production, permettant d’étudier la surface oxydée des tôles. Cette deuxième campagne d’étude a mis en évidence l’importance des oxydes de silicium sur l’adhérence partielle de la couche d’oxyde, ainsi que la relative hétérogénéité en épaisseur et en composition chimique. / Hot rolling of stainless steel is one of the most important steps in manufacturing process regarding surface quality of the product. Stabilised ferritic stainless steels are widely used in automotive and cosmetic appliances but are also concerned by sticking phenomenon. These grades, having high dry corrosion and creep resistance, are enriched in specific chemical elements such as Cr, Nb or Ti, limiting also slab oxidation during hot rolling. Nevertheless, the mastered oxidation of slab surface is a way to protect metal surface from direct contact with rolls.In order to better understand initiation of sticking, a first campaign was based on topography and rolls surface state wear analysis. This study revealed that sticking initiation is not due to the presence of roll scratches which depth is higher than oxide layer thickness. Indeed, the probability that roll scratches are deeper than oxide layer thickness is very low.In a second time, a pilot was designed, reproducing tribological conditions of a roll bite, to better understand mechanisms that initiate sticking. Keeping in mind the importance of rolls and slab surface state, this pilot is able to use specimen taking from industrial products, having the original oxide layer surface. This second study highlighted the major role of silicium oxides on scale adherence and the high heterogeneity of this scale layer in thickness and in chemical composition.

Les barres de commande du futur démonstrateur de réacteur à neutrons rapides refroidi au sodium (RNR – Na) nommé ASTRID sont constituées de pastilles de B4C enfermées dans une gaine en acier inoxydable AIM1 (15Cr-15Ni-0,4Ti). En service, les pastilles de B4C sont plongées dans le sodium liquide à une température allant de 500 à 600 °C. Les retours d’expérience des RNR - Na ont mis en évidence que la durée de vie des barres de commande était limitée par leur cinétique de carburation. Cependant, un phénomène de boruration des gaines a été observé lors d’essais réalisés « hors réacteur / hors irradiation ». Afin de maîtriser la durabilité des barres de commandes, il est donc nécessaire d’évaluer précisément la nature de l’interaction entre les gaines en acier et le B4C dans le sodium liquide. Ainsi, deux campagnes d’essai ont été menées : 1. Trois aciers inoxydables (AIM1, 316L et EM10) ont été exposés dans du sodium liquide fortement carburant (ac > 1) à 500, 600 et 650 °C. 2. Les mêmes nuances d’aciers ont été exposées dans du sodium liquide contenant de la poudre de B4C en excès à 500 et 600 °C. La première campagne a été réalisée pour avoir une meilleure compréhension des mécanismes et des cinétiques de carburation des barres de commande. Tout d’abord, l’état de carburation a été caractérisé finement au moyen de différentes techniques d’analyse (microsonde de Castaing, diffraction des rayons X du rayonnement synchrotron, microscopie électronique en transmission). Ensuite, la cinétique de carburation a été simulée à l’aide d’un modèle analytique simplifié de la carburation puis grâce à un outil commercial plus complet de simulation numérique de la diffusion à l’équilibre thermodynamique (DICTRA). Des écarts ont été observés entre les simulations des états de carburation réalisées avec DICTRA et les mesures expérimentales (profil de concentration en carbone et population de carbures). Afin de prédire au mieux l’état de carburation des aciers rencontré à 500 et 600 °C, il a notamment été démontré qu’il est probablement nécessaire de prendre en compte la diffusion du carbone dans les joints de grains et un écart à l’équilibre thermodynamique entre le carbone piégé dans les carbures et le carbone dissout dans la matrice. La deuxième campagne expérimentale a concerné l’étude du système : acier – B4C – Na. Des caractérisations couplées à des études thermodynamique et cinétique ont permis de proposer un mécanisme de carburation et de boruration des aciers. Après la dissolution du B4C dans le sodium, deux phénomènes ont été observés. Le bore réagit avec les aciers pour former une couche duplexe de borures à la surface (MB, M2B) et des borures dans les joints de grains du substrat. La cinétique de formation de la couche de borures dans les aciers suit une loi parabolique. Le carbone entraine une légère carburation des aciers plus en profondeur et le degré de carburation des aciers s’est avéré constant entre 250 et 3000 h d’exposition, ce qui suggère que le phénomène de carburation s’opère probablement avant la formation d’une couche continue de borures. / Pellets of boron carbide, B4C, enclosed in AIM1 (15Cr-15Ni-0.4Ti) stainless steel tubes are constitutive materials of the control rods in the future French Advanced Sodium Technological Reactor for Industrial Demonstration (ASTRID). During reactor operation, the B4C pellets are immersed in liquid sodium in the temperature range 773-873 K. Based on the feedback from operation of former Sodium Fast Reactors (SFR), the lifetime of the control rods has been shown to be limited by their carburization kinetics. Although, boriding of the steels was observed in out-ofpile studies. In order to increase the lifetime prediction of the aforementioned components in service, detailed information on the chemical interaction between the steel and B4C in liquid sodium is required. As a result, two sets of out-of-pile experiments were conducted: 1. Three stainless steels (AIM1, 316L, EM10) were exposed to highly carburizing sodium (ac > 1) at 773, 873 and 923 K. 2. The same grades were exposed to high purity B4C powder in liquid sodium at 773 and 873 K. The first campaign was performed in order to have a better understanding of the carburization phenomenology and kinetics of the control rods. The extent of carburization was evaluated. A good description of the carburization kinetics was obtained by means of two models and a simulation tool (DICTRA). The limits of the simulation tools were exposed. It was shown that the grain boundary diffusion of carbon had to be taken into account. The second set of experiments was carried out in order to study the system: steel – B4C – Na. A thorough examination of the nature of the chemical interaction was performed. The characterizations were combined with a thermodynamic and kinetic study to propose a carburization and boriding mechanism. The B4C powder dissolved in liquid sodium and reacted with the steels to form a boride layer (MB and M2B) at the surface, borides in the grain boundaries and a carburized zone underneath. The growth kinetics of the boron affected zone was shown to be parabolic. The carburization depth did not evolve between 250 and 3000 h and suggested that this phenomenon occurred during a transient stage.

Pour les gazoducs, la résistance à la propagation ductile est reliée à la fraction surfacique de “shear area” mesurée dans l’essai Drop Weight Tear Test (DWTT). Récemment, un mode de rupture “inverse” a parfois été observé sur les éprouvettes DWTT dans cas d’aciers ayant une énergie Charpy très élevée. Ceci est un problème car la résistance à la propagation fragile est alors sous-estimée dans la cas d’aciers à haute ténacité. Une procédure pour évaluer l’effet de la rupture inverse manque encore. De plus, le mécanisme conduisant à la rupture inverse n’a pas été expliqué en détail. Il est donc important de développer des modèles de simulations permettant d’interpréter les essais DWTT présentant une rupture “inverse”. Cette étude vise à proposer un modèle de rupture pour l’essai DWTT représentant la rupture ductile en biseau ainsi que la rupture fragile. Cette étude comprend : (i) une modèle de plasticité anisotrope, (ii) une simulation de la rupture en biseau, (iii) un modèle de transition ductile—fragile. Bien décrire la plasticité est nécessaire pour bien estimer les contraintes et déformations dans la zone de fissuration. La rupture ductile est représentée avec un modèle GTN incluant un terme de germination dépendent du paramètre de Lode. La rupture fragile est étudiée avec le modèle de Beremin appliqué après simulation de la rupture ductile. A la lumière de cette simulation, il est possible de mieux comprendre l’essai DWTT. Ces résultats seront utiles pour promouvoir l’emploi des aciers à haute ténacité pour les gazoducs sous haute pression. / For the gas line-pipe, resistance to brittle fracture propagation is related to shear area fraction measured in Drop Weight Tear Test (DWTT). Recently, “so-called” inverse fracture is sometimes observed in DWTT specimens for line-pipe with high Charpy absorbed energy. The main problem of the inverse fracture is that the resistance to brittle fracture propagation is underestimated in case of high toughness steels. However, the rational guidelines to evaluate the effect of inverse fracture are still missing. Moreover, the mechanism of inverse fracture has not yet been clarified in details. It is important to establish the simulation models representing the DWTT fracture surface to clarify the mechanisms of inverse fracture. This study aims at the simulation model representing the slant ductile fracture and ductile to brittle transition during DWTT. The study includes the description of: (i) the anisotropic plastic behavior, (ii) slant ductile behavior and (iii) ductile to brittle transition behavior. The description of anisotropic plastic behavior is needed to be able to precisely estimate strains and stresses within the structures. The slant ductile fracture behavior is numerically investigated by using the GTN model with additional secondary void nucleation. The brittle fracture is studied by extending the Beremin model to brittle fracture initiation after slant ductile fracture. This study discusses the mechanism of inverse fracture during DWTT from these simulation results. This research results will be helpful to be able to use high toughness steels for natural gas line-pipes with high pressure transmission.

Les aciers inoxydables lean duplex, à faible teneur en nickel et sans molybdène, représentent une alternative économique pour les usines de dessalement et l’industrie pétrolière. Celles-ci ont la particularité d’être exposées à des milieux très agressifs dont la présence de chlorure, de sulfure d’hydrogène, de hautes températures ou encore d’acides peut provoquer des phénomènes de fissuration sous contrainte.Cette étude est divisée en deux parties, la première se consacre aux milieux purement chlorurés et la seconde aux milieux contenant du sulfure d’hydrogène. Dans les deux parties, la compréhension des phénomènes liés à la fissuration sous contrainte des lean duplex est effectuée sur la nuance S32304, puis est comparée aux comportements des nuances S32202 et S32101. L’influence des milieux bouillants sur la résistance à la fissuration des aciers inoxydables, les mécanismes de dépassivation et de dissolution sélective des lean duplex, les différents modes de fissuration en présence de sulfure d’hydrogène ou encore l’amorçage de la corrosion sous contrainte assistée par le sulfure d’hydrogène sont abordés dans ce rapport. / Lean duplex stainless steels, with low content of nickel and without molybdenum, represent an economic alternative for desalting plants and petroleum industry. For these uses, steel have the particularity to be exposed to very aggressive environments inducing phenomenon of Stress Corrosion Cracking as chlorides, hydrogen sulphur, high temperatures or acids.This study is divided in two parts dedicated to two different environments. The first part is devoted to chloride middles and the second to hydrogen sulphur middles. In both parts, the understanding of phenomenon linked to the stress corrosion cracking of lean duplex is studied on the grade steel S32304, then is compared to the behaviour of grade steels S32202 and S32101. The topics treated in this report are notably the influence of boiling environments on the cracking resistance of stainless steels, the mechanism of unpassivation and selective dissolution of lean duplex, the different modes of cracking in presence of hydrogen sulphur, and the initiation of stress corrosion cracking assisted by hydrogen sulphur