Thesis (doctoral)--Université de Paris I, Panthéon-Sorbonne, 1979. / Includes bibliographical references (p. 959-1004).

Thesis (doctoral)--Université de Paris I, Panthéon-Sorbonne, 1979. / Includes bibliographical references (p. 959-1004).

Ce travail de thèse s’inscrit dans le contexte de la sûreté nucléaire, et plus précisément, de l’intégrité des circuits secondaires des Réacteurs à eau pressurisée (REP). L’étude porte donc sur le comportement à rupture de structures minces soudées dans le domaine haut de la transition fragile/ductile. Elle a pour objectif de développer le modèle en contrainte seuil initialement développé par Chapuliot, qui permet de prédire la non-rupture par clivage de cette structure soudée. Le modèle est identifié pour la soudure de l’acier au C-Mn de construction nucléaire, en s’intéressant plus particulièrement à la limite supérieure du domaine de transition.Une contrainte seuil, en-dessous de laquelle le clivage ne peut avoir lieu, est identifiée à partir d’essais de traction à basses températures sur éprouvettes axisymétriques entaillées prélevées dans le joint soudé. Cette contrainte seuil permet de définir le volume seuil, ou volume dans lequel les contraintes principales maximales dépassent la contrainte seuil au cours de l’essai.L’analyse au MEB des faciès des éprouvettes rompues montre que la zone fondue brute de solidification dans la ZAT est la zone la plus susceptible de cliver. La relation entre la probabilité de rupture fragile et le volume seuil dans cette zone est établie via une fonction de sensibilité, grâce à des essais sur éprouvettes CT et à leur simulation multi-matériaux. Le modèle ainsi identifié est testé pour prévoir la non rupture par clivage d’éprouvettes SENT prélevées dans le joint soudé et sollicitées en traction. Les résultats obtenus sont encourageants relativement à la transférabilité du modèle à la structure réelle / This work concerns the nuclear safety, specifically the secondary circuit integrity of pressurized water reactors (PWR). Therefore, the present study focuses on the fracture behaviour of welded thin structures in brittle/ductile transition. It aims at developing the threshold stress model initially proposed by Chapuliot, to predict the non-brittle-fracture of this welded structure. The model is identified for the welded joint in C-Mn steel for nuclear construction, specifically in the upper part of the transition.A threshold stress, below which the cleavage cannot take place, is identified using tensile tests at low temperature on axis-symmetrical notched specimens taken in welded joint. This threshold stress is used to define the threshold volume where the maximum principal stress exceeds the threshold stress during the test.The analysis by SEM of specimen fracture surfaces shows that the gross solidification molten zone in the weld is the most likely to cleave. The relation between the brittle fracture probability and the threshold volume in the gross solidification molten zone is established via a sensitivity function, using multi-materials simulations. The model thus identified is tested for the prediction of non-brittle-fracture of SENT specimens taken in the welded joint and tested in tension. The results obtained are encouraging with regards to the transferability of the model to the actual structure

La nitruration des aciers est un traitement thermochimique très utilisé dans l'aéronautique. Il est connu pour améliorer la tenue en fatigue des composants mécaniques. Il est basé sur la diffusion de l'azote en surface des pièces traitées. Des mécanismes complexes sont alors mis en jeu et provoquent la naissance de contraintes internes et de déformations dites "résiduelles" des pièces traitées. Suivant leur géométrie, les pièces peuvent se déformer de plusieurs millimètres, et être soumises à des contraintes internes de traction-compression importantes. L'objectif de ce travail est de proposer une modélisation multi-physiques du traitement de nitruration permettant de prédire, pour n'importe quelle géométrie de pièce, les contraintes résiduelles et les déformations qu'elles subiront lors du traitement. Ces informations, précieuses aux ingénieurs, permettront de mieux maîtriser, et donc d'optimiser les processus de dimensionnement et de fabrication des pièces nitrurées. / Nitriding of steel is a thermo-chemical treatment well known to improve the mechanical properties of the material. It is based on the diffusion of nitrogen into the surface of treated parts. Complex phenomena are then involved and generate residual stresses and distortions. Depending on their geometry, parts can be distorted up to several millimeters and be subject to significant internal tensile-compression stresses. The aim of this work is to provide a multi-physical model of the nitriding in order to predict, for any part geometry, their residual stresses and distortions after treatment. These informations, precious for engineers, will allow to optimize the design and the manufacturing processes of nitrided parts.

Depuis une dizaine d’années, l’essor des minivis d’ancrage orthodontique a été grandissant jusqu’à devenir, aujourd’hui, un outil incontournable dans l’arsenal thérapeutique de l’orthodontiste. Très peu d’études ont été publiées quant à la nature de la réponse tissulaire face à l’insertion et la mise en charge de ces minivis. De plus, une partie des patients concernés par l’orthodontie étant des adolescents, il serait intéressant de savoir si le tissu osseux en croissance est propice à l’utilisation de ces dispositifs. L’influence de la nature du matériau sur cette réaction tissulaire reste également à définir. L’objectif de cette étude a été d’évaluer la biointégration de deux systèmes de minivis orthodontiques présents sur le marché, l’un en acier chirurgical et l’autre en titane-aluminium-vanadium, en conduisant une analyse clinique, histomorphométrique et microtomographique chez le porc en croissance. Les résultats ont montré que la réponse osseuse se caractérise, dans un os en croissance peu compact, par un épaississement des travées osseuses au contact des dispositifs, probablement pour résister à la contrainte locale. Le tissu osseux en croissance permet la biointégration des minivis d’ancrage orthodontique, mais le taux de succès relativement faible observé implique l’adaptation des protocoles cliniques par une analyse préalable du ratio os trabéculaire/os cortical, une augmentation du délai avant mise en charge, et l’application de forces légères. La réponse tissulaire est similaire, quel que soit le système étudié. L’acier chirurgical, grandement utilisé en orthopédie, présente donc un intérêt en orthopédie dento-faciale, dans une indication temporaire / The miniscrew implants are increasingly used over the last decade in orthodontics and gradually replacing the use of extraoral forces because of their greater efficiency and because their effectiveness is not subject to patient compliance. Few studies seeking to understand the response to orthodontic anchorage devices at bone-tissue interface have been published over the last ten years. Despite the large use of miniscrews in teenagers, very few have included young subjects in their protocol. Furthermore, despite the use of stainless steel miniscrew implants, no studies have investigated biointegration of such devices. The aim of the present study was to evaluate tissue response to immediately loaded miniscrew implants (of Ti6Al4V and of stainless steel) in growing pigs in order to answer to the following questions: Is it possible to implant and load miniscrew implants in a growing bone? Does stainless steel devices present the same biointegration than titanium devices? A clinical evaluation, and histomorphometrical and micro-CT analyses were performed. Results showed that the growing bone seems compatible with the orthodontic anchorage. In the growing pig with low bone density areas, the trabecular thickness increase appears as the bone response to withstand the local strains induced by loaded orthodontic miniscrews. Stainless steel devices presented similar behavior to the Ti6Al4V devices in pigs. This study showed the possibility to place stainless steel miniscrew implants for orthodontic anchorage in growing models

L’objectif de ce travail est d’élaborer par voie électrochimique un film de polypyrrole sur l’acier inoxydable 304 à partir d’un électrolyte support d’acide phosphorique et d’améliorer sa résistance à la corrosion par l’utilisation d’ondes ultrasonores haute fréquence (US) et l’incorporation d’un inhibiteur inorganique (KNO3) et de particules de silice (SiO2). L’inhibiteur inorganique a réduit le potentiel d’oxydation du monomère et a été incorporé dans la chaîne polymérique. Les ultrasons ont favorisé la réaction d’électropolymérisation en augmentant le transport des espèces électroactives vers l’électrode. Ils ont engendré des films plus compacts, présentant une topographie plus fine et plus homogène. Les films composites PPy-SiO2 ont été élaborés par différentes méthodes. Une bonne répartition des particules dans la chaîne polymérique a été obtenue avec la méthode multicouche. Tous les films élaborés : PPy-NO3-, PPy-US et PPy-SiO2 offrent une meilleure protection de l’acier inoxydable contre la corrosion en milieu chloruré que le revêtement PPy. / The aim of this work is to electrochemically elaborate polypyrrole films on 304 stainless steel in phosphoric acid solution and improve corrosion resistance by the use of high frequency ultrasound (US), incorporation of inorganic inhibitor (KNO3) and silica (SiO2) particles. The inorganic inhibitor reduced the oxidation potential of pyrrole monomers and was incorporated into polymer matrix. Ultrasound favors electrochemical polymerization reaction by improving mass transfer towards the electrode. It leads to films more compact, presenting a thinner and more homogeneous topography. PPy-SiO2 composite films were prepared by different methods. Good particles distribution within polymer matrix was achieved through multilayered method. All formed films: PPy-NO3-, PPy-US and PPy-SiO2 offer better protection of stainless steel against corrosion in chloride environment than PPy coatings.

La rectification est un procédé de fabrication permettant d’obtenir des états de surface avec une rugosité très faible. Elle est généralement utilisée sur des matériaux très durs pour lesquels les autres procédés d’usinage ne sont pas adaptés, cependant, ce procédé fait intervenir des mécanismes d’enlèvement matière complexes et difficiles à mettre en oeuvre. Lors du processus de rectification, l'énergie de rectification est principalement convertie en chaleur entre la pièce, la meule, le liquide d'arrosage et les copeaux. Les températures et les flux de chaleur à l'interface meule/pièce dépendent de la géométrie du contact, du matériau rectifié, de la meule (taille de grains, géométrie, densité, porosité, usure), de son dressage, des paramètres de rectification (profondeurs de passe, vitesse d'avance, vitesse de meule, conditions de dressage), des conditions d'arrosage et de lubrification. Les températures élevées peuvent engendrer des transformations métallurgiques superficielles, des gradients de contraintes résiduelles, ainsi que des variations dimensionnelles notables. D’une façon générale l’intégrité de surface peut être grandement modifiée par cette interaction. Les conditions de rectification doivent garantir les critères de qualité et d'intégrité du matériau tout en répondant aux besoins d’augmentation de la productivité en milieu industriel. L'objectif cette thèse a été l'étude mécanico-thermique de l'interface meule/pièce/lubrifiant, dans le but de réduire le risque d'endommagement lors de la rectification d’une denture d’engrenage en acier nitruré et de qualifier les transformations éventuelles impactant l’intégrité de la pièce qui lui est associé. Pour cela nous avons développé plusieurs axes de recherche. Nous avons proposé et vérifié expérimentalement à partir d’une méthode inverse et de mesures de température par thermocouple rectifiable, un modèle de flux thermique permettant, en utilisant une mesure d’effort de prédire le profil de température à l’interface meule/pièce/lubrifiant. Nous avons effectué un comparatif détaillé de meules dans le but de déterminer celle qui permettra pour un état de surface donné de limiter le risque d’endommagement thermique du matériau rectifié. Pour effectuer cette étude, nous nous sommes intéressés à la profondeur de passe maximale admissible de chaque meule avant brûlure. Ce comparatif a été mené à la fois en laboratoire et en milieu industriel. Nous avons ensuite étudié l’influence des endommagements thermiques provoqués par la rectification en étudiant et en qualifiant la microstructure de l’acier nitruré. L’utilisation de moyens de mesure classiques (dureté, MEB EBSD, DRX) ou inédits et peu utilisés sur les brûlures de rectification (bruit Barkhausen, spectroscopie Raman) nous a permis de définir les modifications du matériau endommagé en termes de contraintes résiduelles, de dureté, de tailles de grain et de création d’oxydes. Enfin, nous avons mené une étude détaillée sur l’influence de la lubrification lors de la rectification de notre acier nitruré. Nous avons pour cela modifié indépendamment les débits et vitesses d’arrosage en sortie de buse et observé les changements que cela engendrait sur le profil température dans la zone de rectification et sur le coefficient de répartition de la pièce / The grinding process is very useful to obtain a very precise surface finish. It is generally used on very hard materials which cannot be machined by other conventional machining processes. However grinding involves very complex material removal mechanisms and most of the time is difficult to set up. During the grinding process, the main grinding energy is converted into heat between chip, lubricant, wheel and workpiece. Temperature and heat flux in the grinding zone depend on the contact geometry, on the material, on the wheel (grit size, geometry, porosity, wear), on the dressing, on the grinding parameters (depth of cut, workpiece speed, wheel speed) and on lubrication conditions. High temperatures result in thermal damage such as metallurgical changes, stress gradients, and changes in workpiece dimensions. In general terms, because of this process, surface integrity may be seriously damaged. Grinding parameters have to guarantee the workpiece quality and have to respond to the productivity improvement in machining and cutting industry. The target of this thesis was the mechanical and thermal study of the grinding zone between workpiece, wheel and lubricant in order to reduce the burn risk during the grinding of a nitrided steel gear. The purpose was also to define possible transformations associated to this damage. To achieve it, we developed several research topics. We proposed an experimentally verified heat flux model, usable to predict accurately the nitrided steel temperature in the lubricated grinding zone. This model is based on an inverse method and temperature measurements with a workpiece/foil thermocouple. We made a grinding wheel comparative study in order to determine the wheel capable, for a given workpiece roughness, of limiting the risk of burn. To perform this study, we focused, for each wheel, on the maximum allowable depth of cut before burning. This comparative study was led both in laboratory and industrial conditions. We also studied the influence of thermal damages in grinding by studying and qualifying the nitrided steel microstructure. The use of classical measurement techniques such as: hardness, SEM, EBSD and DRX or original and underused techniques such as Barkhausen noise or Raman spectroscopy permitted to define changes in the burned grinded materials. Between the two states of materials (burned and no burned), we observed differences in hardness, grain size and ferrous oxides creation. At last, we made a detailed study on the lubrication efficiency during grinding of the nitrided steel. For this purpose we changed independently fluid flow and jet speed in outlet nozzle. Then we observed the modifications this could cause on the temperature distribution in the grinding zone and on the workpiece heat partition ratio

L'amélioration des propriétés mécaniques dans les alliages du système Fer-Silicium-Titane grâce à l'introduction d'une précipitation nanométrique a été démontrée dans la littérature. La haute valeur de limite d'élasticité qui peut être atteinte dans ces aciers en fait de bons candidats pour des applications dans l'élaboration de structures automobiles. Dans ce contexte, cette étude a pour objectif de caractériser et comprendre la séquence et la cinétique de précipitation dans ces alliages, ainsi que les relations entre microstructure de précipitation et propriétés mécaniques, dans une démarche de conception d'alliages optimisée. La démarche utilisée a tout d'abord consisté en une caractérisation multi-échelle de la précipitation par diffusion des neutrons aux petits angles, microscopie électronique en transmission et sonde atomique tomographique, qui a permis d'aboutir à une description précise de la structure, composition, taille et fraction volumique des précipités, qui ont ensuite été reproduites par modélisation. Dans un deuxième temps, les tests mécaniques réalisés à température ambiante ont révélé un fort potentiel durcissant, qui dépend du temps et de la température de vieillissement. Des modèles à base physique pour la limite d'élasticité et le taux d'écrouissage (tenant compte des contributions isotropes et cinématiques) ont été appliqués pour décrire les courbes de traction mesurées. Ceux-ci ont permis d'aboutir à une bonne compréhension des relations entre microstructures et propriétés dans le système Fe-Si-Ti. / The Iron-Silicon-Titanium alloy system is known to have an interesting hardening potential thanks to its ability to produce a fine and dense precipitation microstructure. The high yield stress obtained for steels from this system, makes them potential candidates for automotive applications. The aim of this study was to improve the understanding of the precipitation sequence and kinetics, as well as to analyze the influence of the precipitates on the mechanical properties (yield strength and strain hardening) in the objective of alloy design and process optimization. The approach used is classical in physical metallurgy. It consists namely, of the characterization of precipitation followed by the study of the mechanical properties. The characterization of precipitation has been carried out using the combination of Small-Angle Neutron Scattering, Transmission Electron Microscopy and Atom Probe Tomography. This provides an accurate description of the precipitates in terms of crystal structure, composition, size and volume fraction. These properties have been subsequently reproduced with a precipitation model. The mechanical tests performed on the alloy at room temperature, have revealed a high hardening potential that depends on ageing time and temperature. Physically-based models for yield strength and strain hardening rate (including the effect of isotropic and kinematic hardening) have been applied to interpret the measured stress-strain curves, and allow to reach a comprehensive understanding of the microstructure/properties relationship in the Fe-Si-Ti alloy system.

L'objectif principal de cette thèse de doctorat est le développement et la caractérisation d'une connexion hybride balcon-plancher à usage de rupteur d( pont thermique pour bâtiments isolés par l'extérieur. Structurellement, elle doit assurer la transmission d'un moment de flexion important et un effort tranchant liés au porte-à-faux du balcon. Ce système est de la famille des connexions hybrides encore peu décrites dans la littérature scientifique et pou laquelle ces travaux apportent une contribution. Les solutions existantes pour corriger les ponts thermiques de balcon impliquent des contraintes architecturales ou techniques. Les rupteurs de ponts thermiques sont une solution pertinente structurellement et them1iqucment. Les principaux systèmes existants n'exploitent pas de technologie hybride béton-acier à ce jour. Le comportement mécanique du rupteur a d'abord été testé expérimentalement sous chargement vertical statique monotone lors d'une campagne de cinq essais. Les résultats mettent en évidence une réponse moment-rotation très ductile et conforme aux attentes des pré-dimensionnements. Dans le prolongement de l'interprétation expérimentale, un modèle semi-empirique a été développé. Le gain apporté par une disposition spécifique d'ancrage en traction par barres transversales soudées a pu être quantifié en comparaison avec les modèles analytiques existants. Le comportement différé de la connexion, imputable au nuage du béton à l'interface avec les éléments hybrides a fait l'objet d'une étude expérimental, Le lien entre l'évolution de la rotation de la connexion et le coefficient de nuage matériel a été établi. Un modèle numérique calibré sur les essais de chargement vertical a permis d'étudier en détail le fonctionnement de la clé de cisaillement du rupteur. La détermination des conditions aux limites du système a permis de justifier les diagrammes d'efforts sur la clé. Enfin, le dernier volet de ce travail de thèse concerne la justification en fatigue du système sous l'action de la dilatation thermique différentielle entre h balcon et le plancher. /\près une série d'essais en fatigue oligocyclique pour établir un critère de résistance et une étude de la sollicitation thermique, la durabilité du rupteur a pu être démontrée. Le développement du rupteur SUNE peut à ce stade être considéré comme abouti et pem1et d'en valider l'aptitude pour une gamme de produit. L'industrialisation et la commercialisation du produit passera nécessairement par une certification pour laquelle des justifications poussées sont d'ores et déjà établies et seront un gage de pertinence scientifique du système. / The main goal of this Ph.D. thesis is the development and characterization of a hybrid balcony-floor connection used as a thermal break for externally insulated buildings. Structurally, it must ensure the transmission of a significant bending moment and a shear force due to the balcony cantilever. This system belongs to the hybrid connections still poorly described in the scientific literature and for which this thesis makes a contribution. Existing solutions to avoid balcony's thermal bridges involve architectural or technical constraints. Thermal break systems are structurally and thermally relevant solutions. The main existing systems do not involve steel concrete hybrid technology to date. The mechanical behavior of the developped system has firstly been tested under vertical static loading during a campaign of five tests. The results show a very ductile moment-rotation response that meets design expectations. As an extension of the experimental interpretation, a semi-empirical model has been developped. The gain of stiffness obtained by a specific anchoring detail has been quantified in relation to existing analytical models. The creep behavior of the connection, due to the concrete creeping at the interface with the hybrid elements has been the object of an experimental study. The link between the evolution of the connection rotation and the material creep coefficient has been established. A finite element mode! has been calibrated on the vertical loading tests and allowed to study in detail the behaviour of the system's shear key. The determination of the boundary conditions of the system justifies the force diagrams on the key. The last part of this work concerns the justification of the system under the fatigue loading provoked by the differential thermal expansion between the balcony and the floor. A series of tests under oligocyclic fatigue loading was performed to establish a resistance criterion and a study of the actual thermal stress action was completed. Finaly, the durability of the connection has been demonstrated. The development of this hybrid connection can be successfully considered and validates the suitability for a range of products. The industrialization and marketing of the product will go through a certification for which the justifications are already established and will be a guarantee of the scientific relevance of the system.

La thèse porte sur le rapport entre industrialisation du bâtiment et préfabrication dans la construction scolaire en France. Cette relation suggère de comprendre les interactions de la pensée technique et de la politique publique avec l’organisation des processus de production. La période d’étude s’étend de 1951, premier témoin d’une politique industrialiste des plans d'équipement scolaire, à 1973 année de remise en cause de ce type de construction. Durant cette période l’industrialisation du bâtiment est considérée comme la seule solution pour répondre à une construction massive, moins chère et plus rapide. Dès lors, la trajectoire technologique de la préfabrication se subdivise en deux périodes, dévoilantla séparation de la conception technique (centralisée par la DESUS) de la réalisation(représentée par les procédés constructifs). Dans la première période (1951-1962), les architectes sont les auteurs des projets, dans la deuxième (1964-1973) ce sont les procédés les manifestations visibles. Ce parcours met donc en exergue deux logiques opposées :série et volume d’une part, diversité et flexibilité, d’autre part. Le croisement de sources diverses (revues, archives, documentation technique…) révèlent le rapport des différentes acteurs : architectes (de conception et d’opération), concepteurs-éducateurs, industriels entrepreneurs,maîtres d’ouvrage ministériels et ordonnateurs secondaires (contrôle technique). Cette recherche contribue ainsi à l’histoire de la préfabrication et de ses développements. Le bâtiment scolaire représente un excellent échantillon de cette période de maturité de l’industrialisation du bâtiment, postérieure à la Seconde Guerre mondiale lorsque la préfabrication faisait ses preuves. / This thesis examines the relationship between the industrialization of building methods andthe prefabrication of school buildings in France. This relationship relies on the interactionbetween technical reason and public policies with the organization of production processes.The boundary of this study begins in 1951, witnessed by a political drive to industrializeeducational establishments, until 1973 when this type of construction was put into question.During this period the industrialization of building methods was considered as the uniquesolution to the needs for mass production, cheaper and quicker. Subsequently, thetechnology of prefabrication occurred in two distinct periods, giving rise to the separationbetween conceptual design (centralized by the DESUS) and realization (represented byconstruction methods). In the first period (1951-1962), the architects are the authors of theprojects and in the second period (1964-1973) the construction methods are clearly visible.These events accentuate two logical opponents: mass production and series on one side,diversity and flexibility on the other. The encounter of such diverse sources (reviews,archives, technical documents) reveals the relationship between each domain: architects(design and operations), educational planners, industrial entrepreneurs, ministerial offices forconstruction and survey teams (technical controls). This research contributes to history ofprefabrication and its developments. The school building represents an excellent example ofthe evolution of construction methods when prefabrication was making its mark in the wakeof the Second World War.