Les aciers contiennent de nombreuses inclusions : à base manganèse, aluminium, silicium, calcium, ... Leur impact individuel sur l'usinabilité demeure cependant mal connu dans la mesure où il est difficile de les isoler pour en quantifier l'influence. Une des premières tâches est de déterminer précisément leur effet tant sur le procédé en tant que tel (efforts, puissance, température) que sur les outils (nature et vitesse d'usure, modification chimique superficielle).De nombreuses études montrent la formation d'un « lubrifiant solide » à l'interface outil/copeau. Ce dépôt est parfois appelé « couche de transfert sélectif » (Build-up Layer). L'objectif de cette thèse est de savoir quels corps se cachent sous le vocable de « couche de transfert sélectif », quand cette couche est susceptible de se former, sur quelle partie de l'outil, dans quelles conditions opératoires, à quelle vitesse, pour quelles contraintes mécaniques et pour quelles températures. Est-elle susceptible de demeurer sur l'outil à l'arrêt de l'opération d'usinage ? A quelle vitesse se forme-telle ? Est-elle systématiquement stable ? / Steels contain many inclusions essentially composed by manganese, aluminium, silicium, calcium. However the influence of the different inclusions on machinability is poorly quantified. One of our first tasks is to determine precisely the effect of the inclusions on the metal cutting process as well as on the cutting tools. Many research works highlight a solid lubricant provided by the material being machined and spread along the tool-chip interface. This coating is so called Build up Layer.This thesis is devoted to answer some important questions: what is the actual composition of the Build-up Layer? Is it always the same for a tool machining a steel grade? When and where will the Build-up Layer appear? Is it stable?

Le grenaillage de précontrainte est un procédé couramment utilisé dans l’industrie (automobile, aréonautique, …) pour augmenter la durée de vie des pièces mécaniques et de structure : des contraintes de compression sont générées par déformation plastique de la surface. Dans le cas des aciers TRIP (TRansformation Induced Plasticity), qui possèdent une microstructure complexe, l’austénite métastable est susceptible de se transformer en martensite lors du grenaillage. L’état de contraintes obtenu est donc complexe : il résulte de l’effet combiné de la déformation plastique induite par le procédé et de la transformation martensitique qui conduit à une redistribution des contraintes entre l’austénite et la martensite. Ce travail a pour objectif de caractériser expérimentalement l’état mécanique, à l’échelle des phases, de différents aciers TRIP (AISI 301LN, TRIP 780 et 23MnCrMo5) ainsi que leurs fractions de phase respectives après grenaillage et d’en proposer une modélisation par éléments finis pouvant être, à terme, utilisée en bureaux d’études. Le modèle élastoplastique à transformation de phase, développé dans cette thèse, permet de prédire l’évolution des différents champs mécaniques, de manière macroscopique mais également à l’échelle des phases, ainsi que l’évolution de la fraction d’austénite résiduelle. / Shot-peening is commonly used in mechanical industries to increase life duration of mechanical and structural parts: residual compressive stresses are developed at the sub-surface of the material by plastic stretching of the surface. In the case of TRIP-effect steels (TRansformation Induced Plasticity), the metastable austenite can transform into martensite during shot-peening. The final distribution of stress is then more complex than for “standard steels” as it results from the mechanical strain imposed by the process and the martensitic transformation leading to a stress redistribution between austenite, martensite and the other phases. This work aims to characterize experimentally the mechanical state, at phase scale, of different TRIP steels (AISI 301LN, TRIP 780 and 23MnCrMo5) as well as the fraction of each phase after shot-peening and to propose a numerical model by finite elements which could be used in the future by engineering offices. An elastoplastic model with phase transformation was developed in this thesis which permits to predict the evolution of mechanical variables, macroscopically and at the phase scale, as well as the evolution of austenite volume fraction

Une approche expérimentale mettant en œuvre des techniques électrochimiques et mécaniques a été utilisée pour étudier la corrosion sous contrainte (CSC) de l’acier inoxydable 304L dans des électrolytes acides (0,5-5 M H2SO4) avec et sans chlorure. La CSC a été réalisée dans le but d’étudier les aspects cristallographique et cinétique de la rupture. La microscopie électronique à balayage a dévoilé, d’une part, des traces successives au niveau des plans de glissement sur les facettes de la fissure, et d’autre part une vitesse non-linéaire de la fissuration. Une méthode a été proposée pour accéder à la cristallographie de fissuration en utilisant la diffraction d'électrons rétrodiffusés (EBSD). Il a été démontré que les ruptures préférentielles s’effectuent au niveau des plans {111} pour ¾ du temps et des plans {110} le reste du temps. Ces résultats soutiennent les modèles récents de la CSC, tels que la plasticité localisée rehaussée par la corrosion. Les profils d’évolution de la contrainte appliquée/résiduelles ont été déterminés par diffraction des rayons X avant et après CSC. Ces analyses serviront à développer un modèle de rupture micro-mécanique. Lors des essais potentiodynamiques optimisés de corrosion, les taux de dissolution élémentaires et le courant total ont été mesurés en combinant une cellule d'écoulement électrochimique et l'analyse des produits de corrosion par spectroscopie d'émission atomique à plasma à couplage inductif. Ces résultats ont été utilisés, pour séparer la partie de courant consacré à la formation de la couche passive du courant total. Le modèle de conduction ionique sous tension élevée a été mis à jour pour calculer le taux de passivation et l'épaisseur de la couche passive. Les contraintes dans le matériau expliquent une différence mesurable de la cinétique de croissance du film passif et de son épaisseur. / : A multidisciplinary experimental approach of electrochemical and mechanical techniques was employed to study the corrosion of different stress states of 304L stainless steel in acidic electrolytes (0.5-5 M H2SO4) with and without chloride additives. Stress corrosion cracking (SCC) conditions were applied to evidence cracking crystallographical and propagation aspects. Scanning electron microscopy of SCC revealed clear traces of successive slipping planes and consequent dissolutions on the crack facets, and nonlinear crack propagation kinetics. A method was proposed to access cracking crystallography using electron back scattered diffraction. It demonstrated {111} and {110} preferential cracking planes in proportion of about 75% and 25% respectively, which supports recent SCC models such as corrosion enhanced localized plasticity. The profiles of (applied/residual) stress evolution measured by X-ray diffraction before and after SCC were used as an introduction to develop a micro-mechanical cracking model. During optimized potentiodynamic corrosion tests, elemental dissolution rates and total current transients were measured by combining electrochemical flow cell and downstream solution analysis by inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy. The results were used to separate the current portion spent on passive film formation from the total current. The high field ion conduction model was upgraded to calculate the constructed passive film thickness and passivation rate. The applied stress caused a measurable difference in passive film growth kinetics and its thickness.

L’effet de l’espacement interlamellaire sur le comportement sous chargements monotone et cyclique de l’acier perlitique C70 a été étudié. Une démarche expérimentale conjuguant les essais de traction « in-situ » sous DRX et traction « in-situ » sous MEB couplées à une modélisation auto-cohérente a été adoptée. Les essais ont été effectués sur deux microstructures, à deux espacements interlamellaires différents. Il a été montré que l'écoulement plastique de la perlite est contrôlé par celui de la ferrite lequel est gouverné par l’espacement interlamellaire, il en est de même pour les distributions des contraintes résiduelles. La modélisation auto-cohérente met en évidence l'anisotropie élastique à l'échelle des phases et l'effet de l'espacement interlamellaire sur les rigidités et les limites d'écoulement directionnelles. L'analyse microstructurale des mécanismes de déformation montre que la déformation plastique de la perlite est caractérisée par le développement de bandes de cisaillement. Ces bandes sont le siège de l'amorçage des fissures par cisaillement des lamelles de cémentite pour les taux de déformation élevés. L’effet de l’espacement interlamellaire sur le comportement en fatigue giga-cyclique a été étudié par des essais de fatigue sous une fréquence de 20 KHz. Des différences de 30 MPa, pour la perlite à SP= 230 nm et de 50 MPa pour la perlite à SP= 170 nm entre les limites de fatigue conventionnelle (106cycles) et giga-cyclique (109cycles) ont été obtenues. L’effet de l’espacement interlamellaire sur le comportement en fatigue apparait peu significatif comparativement aux caractéristiques mécaniques de traction. Les limites de fatigue giga-cycliques obtenues intègrent l’effet bénéfique des contraintes résiduelles stabilisées ainsi que les effets d’écrouissage induit par l’usinage et par écrouissage cyclique. L’examen des sites d’amorçage, révèle essentiellement un amorçage en surface dans le domaine méga-cyclique et mixte en surface et/ou en sous-couches dans le domaine giga-cyclique. Ces résultats peuvent être interprétés sur la base des effets des propriétés de surface stabilisées et de la microstructure. Le recours à un critère de fatigue de type Goodman permet d’identifier d’une manière qualitative la contribution des différents facteurs d’influence, ci-dessus cités, dans l’amorçage des fissures de fatigue. / The effect of interlamellar spacing on the monotonic and cyclic behavior of C70 pearltic steel was investigated. Tensile tests under scanning electron microscope and under X-ray diffraction coupled with self-consistent model have been used. Tests have been carried out on two microstructures with different interlamellar spacing. It has been demonstrated that pearlite yielding is controlled by ferrite critical shear stress), which depend on the interlamellar spacing. The pearlite deforms inhomogeneously under tensile loading by localized shearing in intense shear bands. In the large shear bands, parallel cementite plate offsets before fracture and contributes to the occurrence of localized damage. The residual stress in ferrite is higher for the coarse pearlite. Giga-cycle fatigue tests were performed to identify the effect of interlamellar spacing on the fatigue behavior; tests were performed at a frequency of 20 KHz. The difference of the fatigue strength between 106 and 109 cycles is about 30 MPa for coarse pearlite and 50 MPa for fine pearlite. The effect of interlamellar spacing on the mega-cycle and giga-cycle fatigue limit appears not significant compared to the mechanical characteristics. Giga-cycle fatigue limit obtained includes the beneficial effect of stabilized residual stress. It also includes the effect of hardening induced by machining and cyclic hardening. However, any significant effect of interlamellar spacing on the C70 fatigue limits has been shown. SEM examinations shows that failures initiated on surface for the mega-cycle regime and on different sites for the giga-cycle regime. The experimental results can be interpreted based on the effects of stabilized surface properties and microstructure. The use of a fatigue Goodman criterion would identify qualitatively the contribution of different factors, cited above, in the fatigue life.

Les travaux de thèse ont permis de consolider et de compléter les connaissances sur les mécanismes de déformation et les évolutions microstructurales à chaud d’un acier inoxydable austénitique 316Nb. Comprendre la variation du comportement microstructural observée sur différentes pièces obtenues par forge libre permettra de pérenniser les connaissances et d’optimiser les gammes de forgeage. Du fait d’une variabilité de l’état de recristallisation, mise en évidence sur des pièces d’essai, et de son impact sur les propriétés mécaniques, des traitements thermomécaniques simplifiés sont réalisés en laboratoire afin de comprendre la genèse de ces différents états métallurgiques. L’influence de la température, du taux et de la vitesse de déformation ainsi que de la vitesse de refroidissement après l’essai (distinction entre les mécanismes dynamiques et post-dynamiques) est tout d’abord étudiée. De multiples passes de déformation, dans des conditions isothermes et anisothermes, sont ensuite appliquées afin de suivre les évolutions post-dynamiques de la microstructure entre les passes. Le rôle du traitement thermique post-déformation sur la microstructure (recristallisation statique) est étudié. Enfin, l’effet de la microstructure initiale, en termes de taille de grains et de composition chimique, notamment la teneur en niobium en solution solide, a été considéré.La recristallisation dynamique ne domine pas l’évolution de la microstructure, de par notamment une restauration dynamique avancée et une taille de grains élevée. Néanmoins, aux hautes températures et pour de faibles taux de déformation, une migration dynamique des joints de grains conduit à la formation progressive de nouveaux grains recristallisés. La recristallisation post-dynamique est très dépendante des conditions de déformation. A composition chimique donnée, la taille de grains (dans la gamme 60 – 250 µm) affecte peu la cinétique de recristallisation dynamique et post-dynamique. L’augmentation de la teneur en niobium de la solution solide entraîne, via sans doute un effet de traînage de soluté et une éventuelle modification de l’énergie de défaut d’empilement à haute température, un retard considérable de l’apparition de la recristallisation. Au cours du traitement thermique post-déformation, l’état de recristallisation final est essentiellement dépendant de la composition chimique (teneur en niobium de la solution solide et présence de ferrite δ résiduelle). Les précipités de niobium générés dans les conditions de déformation usuelles n’ont pas d’influence directe sur la cinétique de recristallisation. / Mechanical properties and microstructure of 316Nb austenitic stainless steel may show some variability in hot forging products. This work aimed at improving knowledge about hot deformation mechanisms and microstructural evolution of this steel. Obtaining a homogeneous microstructure requires deep understanding of the hot deformation behaviour and mechanisms. In thick-walled components, both work hardening, dynamic recovery and recrystallization govern hot workability. Static and post-dynamic phenomena can induce further metallurgical evolution during interpass time and cooling. The influence of deformation temperature, strain, strain rate, cooling rate on recrystallization mechanisms has been studied by using hot torsion tests. Multiple-pass tests with isothermal and non-isothermal interpass allowed understanding post-dynamic mechanisms. Static phenomena were investigated using various annealing conditions. The effects of initial microstructural features such as grain size and chemical composition, specifically niobium solute content, on the hot deformation behaviour were eventually considered.The extent of dynamic recovery, coarse initial grain size, solute drag, and pinning of grain boundaries by fine Nb(C,N) particles strongly hinder dynamic recrystallization which does not dominate the metallurgical evolution over the range studied, in contrast to results reported on 316 steel. However, bulging of grain boundaries as a prelude to dynamic recrystallization was observed at low strains and high temperature. Grain boundary serrations progressively lead to the formation of subgrain boundaries, then of new high angle boundaries. A particular dynamic recrystallization mechanism explains progressive elimination of annealing twins. Interaction with dislocations depends on locally activated slip systems and whether they are common to both twin and parent grain. At moderate strain levels, post-dynamic recrystallization occurs by rapid growth of nuclei that depends on deformation temperature, and applied strain and strain rate. For a given chemical composition, neither dynamic nor post-dynamic recrystallization is affected by the initial grain size over the range studied. Increasing the free niobium content promotes solute drag and niobium carbide precipitation, which significantly delay recrystallization. The microstructure after annealing essentially depends on the availability of solute atoms such as niobium and on residual δ-ferrite. Nb(C,N) precipitates formed during hot deformation do not significantly influence recrystallization kinetics.

De nos jours, dans le domaine de l’inhibition de la corrosion, la recherche et le développement de molécules plus environnementales est de plus en plus importante. C’est dans cet optique que le laboratoire L3MA poursuit ses travaux sur la recherche de molécules naturelles capable d’agir en tant qu’inhibiteur de corrosion.Ce travail de thèse porte sur l’inhibition de la corrosion de l’acier C38 en milieu acide HCl 1M par les extraits alcaloïdiques de deux plantes : Xylopia frutescens et Xylopia cayennensis. Ces molécules considérées comme respectueuses de l’environnement peuvent être utilisées en tant qu’inhibiteur de corrosion temporaire de l’acier C38 avec des taux d’inhibition supérieurs à 90%. Pour chaque plante, les travaux sont consacrés premièrement à l’étude de son extrait alcaloïdique total en tant qu’inhibiteur de corrosion à l’aide de techniques telles que les courbes de polarisation et la spectroscopie d’impédance. Dans un second temps, le fractionnement de cet extrait alcaloïdique total et l’isolement de certains composés actifs permettront de déterminer les structures de certains alcaloïdes actifs en tant qu’inhibiteur de corrosion, et d’en comprendre le mode d’action et les types d’adsorptions. / Today, the research and development of ecofriendly biosourced inhibitor have gained a great interest. The laboratory L3MA is involved in the research and characterization of alkaloids isolated from plants growing wild in Guyana as corrosion inhibitor.The present work continues to focus on the broadening application of plant extracts for metallic corrosion control and reports on the inhibiting effect of alkaloidic extract from two plants: Xylopia frutescens and Xylopia cayennensis. The molecules used are considered like ecofriendly and can be used as corrosion inhibitor of C38 steel. More than 90% of efficiency was obtained. The same workflow was used for each plant: firstly the study of the total alkaloidic extract with polarization curves and electrochemical impedance spectroscopy. In second time, the alkaloidic extract is chromatographied and the main composants are isolated and identified. These main components are tested as corrosion inhibitor, to determine the mode of action and the adsorptions’ forms. XPS and SEM studies confirmed that the plants alkaloidics extracts and the main composants are strongly adsorbed onto the steel surface.

Ce travail porte sur l'inhibition de l'acier C38 en milieu acide HC1 1M par les extraits alcaloïdes issus de 2 plantes : aspidosperma album et geissospermum laeve. Biodégradables et respectueux de l'environnement, les alcaloïdes pourraient être utilisés temporairement pour prévenir la corrosion de l'acier C39 avec des taux d'inhibition supérieurs à ceux décrits dans la littérature. Dans la première partie du travail, l'influence de la concentration, du temps d'immersion et de la température sur le processus de corrosion de l'acier C38 en milieu HC1 1M en absence de polarisation et spectroscopie d'impédance électrochimique. Les analyses de surface effectuées par microscopie électronique a balayage montrent la présence d'une couche constituée d'un mélange d'oxyde de fer incorporant les alcaloïdes et qui conduit à la diminution de la vitesse de corrosion. La deuxième partie de ce travail a été consacrée à l'isolement des alcaloïdes des deux extraits afin de déterminer le ou les alcaloïdes responsables de l'activité inhibitrice et ainsi remonter aux mécanismes d’adsorption. Il a été montré que l'alcaloïde majoritaire des extraits est responsable de l'inhibition / This work is devoted to the corrosion inhibition of C38 steel in 1M HCL acid medium by alkaloids extracts from two plants : aspidosperma album and geissospermum laeve. Biodegradable and environmentally friendly, alkaloids could be used temporarily to prevent the corrosion of C38 steel with inhibition rates higher than those described in the literature. The first part of this work studies the influence of concentration, immersion time and temperature on the corrosion inhibitor by electrochemical measurements : polarization curves and electrochemical impedance spectroscopy. The surface analyses conducted by scanning electron microscopy showed the presence of a layer composed of an iron oxide mixture incorporating alkaloids extracts and which leads to the decrease of the corrosion rate. The second part of this work was devoted to the isolation of alkaloids of two extracts in order to determine the alkaloids responsible of the inhibitory activity and thus to determine the adsorption mechanisms. It was showed that the major alkaloids of two extracts is responsible of the inhibition activity

Les aciers inoxydables à haute teneur en molybdène présentent une excellente résistance à la corrosion et ont été récemment utilisés dans des applications marines. L'acier inoxydable de type 254 SMO contient du molybdène (6% Mo) et des quantités plus élevées en éléments d'alliages que les aciers inoxydables plus classiques tels que 304, 316 et 316L. Alors que Anees Uddin Malik et al. montrent que l’acier 254 SMO est moins sensible à la corrosion par piqûre en eau de mer du golfe persique, Abdulsalam et al. démontrent que bien que cet acier présente une bonne résistance à la corrosion, il reste encore sensible à une corrosion caverneuse (surtout en milieu à 16% en masse d’ion chlorure ou à plus de 30°C).La première partie de ce travail traite du comportement électrochimique de l’acier inoxydable 254 SMO immergé dans l’eau de mer naturelle en laboratoire. Ainsi deux sites de la Guyane ont été choisis pour effectuer des prélèvements d’eau. Des analyses physicochimiques de ces eaux sont réalisées et montrent que l’eau du site du Port Larivot contient une quantité en ions chlorures plus importante que celle de l’eau du site du Mahury. Une colonisation par des bactéries et crustacés (balanes) a été mise en évidence, à l’aide du microscope électronique à balayage environnemental. Les mesures électrochimiques, notamment la voltammétrie cyclique a montré l’existence d’une zone de passivation et l’augmentation du courant de passivation par un facteur de 10 en présence d’un biofilm pour l’acier inoxydable immergé en eau du Mahury durant 22 jours. La deuxième partie propose une étude approfondie du comportement de l’interface complexe métal/couche passive/biofilm. Trois différents coupons d’aciers inoxydables (brut, poli et grenaillé) ont été déposés sur site (in-situ) dans un premier temps. Dans une seconde étape, nous avons réalisé des expérimentations mixtes (incubation in-situ et croissance en laboratoire). L’évolution du potentiel d’abandon de ces aciers est très proche pour l’acier brut et l’acier poli. En revanche, celui de l’acier grenaillé, de par la présence des grains d’alumine à sa surface, affiche un comportement différent. Une étude comparative des deux expérimentations montre des différences concernant les paramètres électriques de l’interface complexe métal/couche passive/biofilm. / Stainless steels with high content in molybdenum present an excellent corrosion resistance and were recently used in marine applications. The stainless steel 254 SMO contains molybdenum (6 %) and higher amounts of alloying elements than conventional stainless steels such as 304, 316 and 316L. While Anees Uddin Malik et al. show that 254 SMO steel is less likely to be susceptible to pitting corrosion in Arabian Gulf sea water, Abdulsalam et al. demonstrate that although this steel has good resistance to corrosion, it remains still susceptible to crevice corrosion (especially in environment with 16 chloride percent weight or more than 30 ° C).The first part of this work deals with the electrochemical behaviour of stainless steel 254 SMO immersed in natural seawater at laboratory. Two sites in French Guyane were chosen to take samples of seawater. Physicochemical analyses of these waters are made and show than the in Port Larivot site seawater contains a higher quantity of chloride ion than to Mahury seawater. Colonization by bacteria and crustaceans (barnacles) was highlighted, using the environmental scanning electron microscope. The electrochemical measurements, including cyclic voltammetry showed the existence of a passivation region and increasing the passivation current by a factor of 10 in the presence of biofilm on stainless steel immersed in Mahury seawater during 22 days.The second part offers a detailed study of the behaviour of the interface metal/passive film/biofilm. Three different coupons of stainless steel (crude, polished and blasted) were deposited on the site (in-situ) in the first time. In a second step, we performed experiments mixed (in-situ incubation and growth in the laboratory). The evolution of the free potential of these steels is very close for crude steel and polished steel. Conversely, the blasted steel, by the presence of alumina grains on its surface, shows a different behaviour. A comparative study of those two experiments shows differences in the electrical parameters of the interface metal/passive film/biofilm.

Les premiers stades d'endommagement par fatigue au sein des matériaux métalliques polycristallins sont pilotés par les champs mécaniques locaux se développant à l'échelle des grains en surface. La formation de bandes de glissement persistantes est souvent à l'origine des fissures de fatigue. Cette localisation de la plasticité cyclique apparaît au sein de grains d'un polycristal dans lequel les champs de contraintes élastiques peuvent être fortement hétérogènes en fonction de la microstructure granulaire et de l'anisotropie élastique cristalline. La majeure partie de ce travail est consacrée à évaluer puis à analyser statistiquement les champs de contraintes au sein des grains de surface de polycristaux. Ce travail s'est concentré sur la réponse élastique des matériaux considérés afin d'étudier l'activation du glissement plastique et sa variabilité, puis, de façon un peu moins directe, ses conséquences vis-à-vis de la formation des fissures de fatigue. La méthodologie retenue est basée sur la simulation numérique en champs complets par éléments-finis de la réponse élastique d'un ensemble d'agrégats polycristallins dont les orientations cristallographiques sont tirées aléatoirement.Deux matériaux très différents du point de vue de l'élasticité cristalline et des systèmes de glissement ont été choisis comme support de l'étude. Le premier est l'acier inoxydable austénitique 316L à structure cubique à faces centrées et le second l'alliage de titane TA6V à structure hexagonale compacte. Les distributions de la cission résolue au sein d'ensembles de grains de surface, par classe d'orientation, sont analysées en relation avec les configurations cristallographiques locales afin d'identifier celles qui favorisent - ou au contraire inhibent - l'activation du glissement plastique. Les résultats obtenus, dans le cas du TA6V, suggèrent notamment une activation plus précoce et importante du glissement basal devant le glissement prismatique. De plus, la stratégie de simulation a été adaptée pour rendre compte de la présence de zones texturées appelées « macrozones » dont l'influence sur l'activation de plasticité peut être qualitativement prédite. L'activation du glissement dans le TA6V est également étudiée expérimentalement par la réalisation d'un essai in situ sous MEB où la précocité du glissement basal est constatée.Cet essai a également permis de caractériser la cinétique d'activation des différents types de glissements. Ces données, couplées aux statistiques des cissions simulées, permettent une estimation de la cission résolue critique sur les 2 types de glissement. / The first stages of fatigue damage in metallic polycrystalline materials are governed by local mechanical field at the grain scale. Fatigue crack initiation is often related to the emergence of persistent slip band at surface.Localization of cyclic plasticity occurs within grains of polycristals in which elastic stress field can be highly heterogeneous due to the granular microstructure and crystalline anisotropic elasticity. The main goal of this study is to evaluate and analyse statistically the stress fields in surface grains of polycristals. In this work, the elasticregime only is considered in order to study the subsequent activation of plastic slip and its variability. The possibleconsequences regarding crack formation are also addressed but in a lesser extent. The methodology is based on fullfield finite element numerical simulation of the elastic response of a set of polycrystalline aggregates in which grains orientation is chosen randomly.The two materials chosen for this study exhibit different characteristics regarding crystal elasticity and slip systems.The first one is an austenitic stainless steels 316L (face centered cubic) and the second one a titanium alloy TA6V(hexagonal close packed). The distribution of resolved shear stress within several sets of surface grains, for different classes of crystal orientation, are analysed in relation to local crystallographic configurations in order to identify those which promote - or prevent from - plastic slip activation. For TA6V, the results suggest in particular that basal slip is activated earlier than prismatic slip. In addition, the simulation strategy has been modified tomodel the presence of some sharp band-like crystallographic textures named “macrozones” whose influence has been qualitatively predicted. Plastic slip activation in TA6V is also studied experimentally. In situ tensile test using SEM has shown the earlier activation of basal slip. Experimental data has been combined with simulated distribution of resolved shear stress in order to estimate the critical resolved shear stress of basal and prismatic slip systems.

L’évaluation de la résistance probable des éléments dissipatifs d’énergie sismique lors du dimensionnement parasismique des charpentes d’acier au Canada repose sur la limite élastique probable de l’acier. Les taux de déformation élevés dans les éléments dissipatifs au cours d’un tremblement de terre ont pour effet d’augmenter la limite élastique de l’acier dans ces éléments. Le comportement dynamique de l’acier étudié par le biais d’essais uniaxiaux conventionnels ne permettent pas nécessairement de valider le comportement d’un élément dissipateur d’énergie sismique pouvant être sollicité selon deux dimensions. Les cadres contreventés excentriques, où le lien ductile subi des déformations biaxiales par les effets combinés du cisaillement et de la flexion en est un exemple. Le projet de recherche présenté dans ce mémoire de maîtrise vise à évaluer l’effet du taux de déformation sur la limite élastique de l’acier structural de grade 350W lors de sollicitations impliquant un état planaire de contrainte. La conception d’une éprouvette cruciforme optimale en acier basée sur des recommandations proposés dans la littérature et sur des analyses par éléments finis a été effectuée. Six essais de traction uniaxiaux et quatre essais de traction équibiaxiaux sur éprouvettes cruciformes ont été réalisés à différents taux de déformation entre 0.0001/sec et 2.4/sec. Durant ces essais, les déformations moyennes à travers la partie centrale des éprouvettes ont été mesurées par un système de potentiomètre conçu dans le cadre de ce projet. Quatre essais biaxiaux sur éprouvettes cruciformes selon des rapports de déformation distincts ont également été réalisés à un taux de déformation quasi-statique. Chaque essai a été simulé numériquement à l’aide d’un modèle éléments finis dans lequel la limite élastique a été calibrée afin de reproduire le comportement observé lors des essais. Le critère d’écoulement plastique de Von Mises ainsi qu’une formulation d’écrouissage non-linéaire ont été adoptés lors des analyses numériques. Les modèles calibrées ont permis de déterminer la limite élastique dynamique observée lors de chaque essai. Les résultats des analyses confirment que la limite élastique de l’acier augmente en fonction du taux effectif de déformation. Sept lois de prédiction de la limite élastique de l’acier ont été étudiées. Trois lois ont permis de représenter la limite élastique dynamique de l’acier testé dans la plage des taux de déformation étudiée. La loi qui semble la mieux adaptée à être implémentée dans un logiciel de modélisation a été identifiée. La loi de Drysdale et Zak utilisé dans le logiciel ADINA ne permet pas d’évaluer correctement le comportement dynamique observé lors des essais impliquant un taux élevé de déformation. Une étude numérique préliminaire sur le lien ductile est également présentée dans ce mémoire.