Certains éléments des internes de cuve des réacteurs à eau pressurisée (REP) en acier inoxydable austénitique 316L, présentent un endommagement prématuré par corrosion sous contrainte assistée par l’irradiation. Ce phénomène est complexe puisqu’il implique le couplage entre le matériau lui-même, l'état de contrainte, l’irradiation et l’environnement. L’irradiation neutronique couplée à un facteur environnemental, l’hydrogène, pourrait jouer un rôle dans ce phénomène. Ainsi, les travaux présentés dans ce manuscrit porte sur l’étude des effets des défauts induits par l’irradiation sur le piégeage de l’hydrogène dans un acier inoxydable austénitique 316L au cours de son oxydation en milieu primaire des REP. Grâce à des implantations ioniques permettant de reproduire le même type de défauts que ceux induits par les neutrons, les interactions hydrogène - défauts ont tout d’abord été étudié avec une approche modèle par chargement cathodique en deutérium, traceur isotopique de l’hydrogène. Cela a permis de mettre en évidence le piégeage de cet élément au niveau des défauts induits par l’implantation ionique et particulièrement des cavités. Un modèle de résolution numérique des équations de McNabb et Foster permettant de simuler la diffusion et le piégeage de l’hydrogène dans un matériau a confirmé ce résultat. Ensuite des essais d’oxydation en milieu primaire simulé des REP à 320 °C ont été réalisés afin de comparer les couches d’oxyde formées entre matériaux implantés et non implantés, ainsi que leur prise d’hydrogène. Ces essais ont permis de mettre en avant le piégeage de l’hydrogène dans l’alliage sous l’oxyde et, dans une moindre mesure, au niveau des défauts d’implantation plus en profondeur. / Some components of vessel internals in pressurized water reactor (PWR) made of stainless steel, have shown cracks induced by Irradiation-Assisted Stress Corrosion Cracking (IASCC). This complex phenomenon originates from the coupling between the material itself, a tensile stress state, environmental conditions and irradiation. This PhD thesis aims at studying the influence of hydrogen in IASCC and particularly its interactions with the defects created by neutron irradiation in a 316L austenitic stainless steel. Thanks to ion implantation, defects similar to neutron irradiation-induced defects were created. As a first step, hydrogen - defects interactions were studied with a model approach consisting in deuterium cathodic charging. Deuterium was used as an isotopic tracer for hydrogen. This technique allowed to highlight hydrogen trapping by implantation-induced defects (mostly by the cavities) in 316L stainless steel. Simulation of hydrogen diffusion and trapping in the studied materials with a numerical resolution model of McNabb and Foster’s equations confirmed the experimental results. Then, oxidation tests were performed in PWR simulated primary environment at 320 °C in order to study the effects of irradiation-induced defects on the oxidation and the hydrogen uptake of the 316L stainless steel. The major highlight of these experiments was the observation of hydrogen accumulation in the alloy beneath the oxide, due to trapping by vacancies created by oxidation process and by ion implantation. In addition, hydrogen trapping was observed deeper in the alloy and it was attributed to the cavities induced by implantation.

Le développement de systèmes mécaniques, toujours plus performants et légers, demande l’optimisation continue des matériaux utilisés ainsi que leurs traitements. Dans le domaine des transmissions de puissance, la nitruration gazeuse apporte une hausse significative des durées de vie en fatigue des pièces fortement sollicitées. Alors que le rôle des gradients de propriétés mécaniques générés sur la résistance en fatigue est reconnu, l’influence de cette microstructure nitrurée sur les mécanismes de plasticité ou de microplasticité menant à de l’endommagement puis à l’initiation d’une fissure reste relativement méconnue. Ce travail de thèse concerne exclusivement la nitruration de l’acier de nuance 33CrMoV12-9, particulièrement utilisée dans les roulements et engrenages des industries aéronautiques et navales. Les propriétés mécaniques liées aux phénomènes menant à l’initiation de fissures en fatigue à grand nombre de cycles ont, tout particulièrement, été étudiées. Les propriétés mécaniques, comme le module d’élasticité, la dureté, la limite d’élasticité ou encore les contraintes résiduelles sont déterminées à plusieurs échelles, de celles de la microstructure à celles plus macroscopiques. Des observations in-situ ou post-mortem des couches nitrurées sollicitées jusqu’à l’endommagement ayant pour but d’estimer l’influence de la microstructure sur les hétérogénéités de déformations, les phénomènes de microplasticité et les mécanismes d’endommagement correspondants n’ont pas permis d’identifier clairement des mécanismes d’initiations de fissures. Pour ces essais, une éprouvette nitrurée à cœur représentative de la couche nitrurée a été développée. Cet outil expérimental a permis d’effectuer des essais simples de sollicitations des microstructures et ainsi déterminer des caractéristiques élastiques, d’écrouissage et de tenue en fatigue. Enfin, il a été démontré que les propriétés mesurées comme le module d’élasticité dépendent de l’échelle d’observation, des moyens et des méthodes utilisés. / Design of high-performance and lighter mechanical systems needs a perpetual work on materials used. In the power transmission field, gaseous nitriding thermochemical treatment enhances significantly the life-cycle of the parts which are higher stressed on the surface. While the contribution of the mechanical property gradients due to the treatment on the fatigue life is well-known, the microstructure effects on the (micro-)plasticity mechanisms remains undetermined. This work concerns exclusively the nitrided 33CrMoV12-9 graded steel, used for gears and bearings in the naval and aeronautical industry. It aims particularly at defining mechanical properties linked to crack initiation mechanisms during high-cycle fatigue. Properties such as Young modulus, hardness, yield stress and fatigue limits are looked at several scales, from microstructural ones to hardened case one. In-situ and post-mortem investigation on loaded and damaged nitrided layers leads to estimating the microstructural influence on local deformations, microplasticity and damage but no particular mechanisms were found. Special fully-nitrided parts were designed to perform the experiments. This tool helps to carry out simple loadings and measure the strain-hardening curve and fatigue limits. Finally, it as been attested that measured properties depend on scales, means and methodology.

Les câbles d’acier sont utilisés comme renforts au sein des pneumatiques poids lourds, et servent notamment à supporter les efforts dus à la pression de gonflage et au poids du véhicule. Un câble est un ensemble de fils d’acier perlitique assemblés en hélices sur différentes couches. Il existe donc de nombreuses possibilités d’assemblage pour définir l’architecture d’un câble. Lors de leur sollicitation en service, les câbles sont soumis à des chargements cycliques à l’origine d’un endommagement en fatigue. Dans un contexte de réduction de la consommation et d’allègement des véhicules, la compréhension des mécanismes impliqués représente donc un enjeu majeur pour les manufacturiers de pneumatiques, en vue d’optimiser l’architecture des câbles vis-à-vis de la tenue en fatigue. Un essai de flexion cyclique représentatif de la sollicitation en service a été mis au point. Les éprouvettes testées sont des nappes composites constituées de câbles alignés au sein d’une matrice de gomme. Des essais interrompus à différents stades de l’endommagement suivis d’observations ex-situ (tomographie à rayon X, MEB) ont été réalisés. Un modèle de simulation par éléments finis de la nappe composite a été développé en vue d’étudier les interactions filgomme. La comparaison des observations aux simulations a permis de comprendre la cinétique de l’endommagement des renforts lors d’une sollicitation de flexion cyclique.L’étude de chacun des mécanismes susceptibles de contribuer à l’endommagement d’un câble a permis d’expliquer la meilleure tenue en fatigue des architectures pénétrées par la gomme. Un outil probabiliste de prédiction de la durée de vie des câbles basé sur la propagation des défauts en surface des fils a été développé. / Steel cables are used as reinforcements in heavy truck tires, in particular to support the forces resulting from the tire pressure and the vehicle's weight. A cable is a set of pearlitic steel wires assembled in helical form on different layers. There are therefore many assembly possibilities to define the cable architecture. The cables are subjected to cyclic loadings during service, resulting in fatigue damage. In a context of reduced fuel consumption and lighter vehicles, understanding the mechanisms involved is thus a major challenge for tire manufacturers, in order to optimize the architecture of cables with respect to fatigue resistance. A cyclic bending test representative of mechanical in-service loading has been developed. The tested specimens are composite layers made of cables aligned within an elastomer matrix. Interrupted tests at different stages of damage followed by ex-situ observations (X-ray tomography, SEM) were performed. A finite element model of the composite layer has been developed in order to understand wire-rubber interactions. The comparison of the observations with the simulations made it possible to understand the kinetics of cable damage during cyclic bending loading.The study of each of the mechanisms likely to contribute to the cable damage has made it possible to explain the better fatigue resistance of the architectures penetrated by the rubber. A stochastic cable fatigue life model based on wire surface defect propagation has been developed.

Cette thèse étudie les effets du processus de brunissage à bille assisté par vibrations ultrasoniques sur l'intégrité de surface des surfaces usinées par fraisage hémisphérique. Compte tenu de l'inexistence d'outils commerciaux capables de réaliser ce processus, l'étude débute par la conception et la caractérisation d'un prototype capable de l'exécuter. Par la suite, une analyse expérimentale est menée, en utilisant le procédé sur les surfaces de deux alliages d'intérêt industriel et aéronautique, AISI 1038 et Ti- 6Al-4V. Pour cela, un plan d'expériences est élaboré à base d'une matrice orthogonale Taguchi. Cinq facteurs sont inclus dans le modèle : la précharge, le nombre de passes, la vitesse d'avance, la stratégie de brunissage et la texture initiale de la surface préalablement usinée. Les résultats sont évalués en termes de texture finale, de contrainte résiduelle et de dureté, pour identifier et comprendre l'impact de ce procédé et des paramètres opératoires sur l'intégrité de surface, pour définir les meilleurs paramètres à appliquer pour chaque matériau, et pour évaluer les effets positifs provoqués par l'introduction de vibrations comme moyen d'assistance. Pour cela, la notion d'intégrité de surface est rappelée, voire redéfinie dans le cas de la texture de surface. En effet, les critères classiquement utilisés se révèlent inaptes à caractériser les surfaces obtenues, et une nouvelle méthodologie d'analyse des topologies de surface est proposée. Les résultats obtenus suite à la réalisation du plan d'expériences révèlent que la texture initiale est le paramètre prépondérant. Les résultats de la topologie de surface montrent que les vibrations peuvent améliorer la rugosité et la texture des surfaces dans la mesure où l'état de surface initial est suffisamment fin. Ensuite, seule la précharge et le nombre de passes influencent le résultat, avec, dans tous les cas, un couple de valeurs limites à partir desquelles les surfaces sont endommagées. Les résultats des contraintes résiduelles montrent que tous les paramètres influent sur le résultat final, en particulier la stratégie de brunissage, avec laquelle la direction préférentielle du tenseur de la contrainte superficielle peut être modifiée. Enfin, le brunissage montre une modification positive de la dureté à des couches d'environ 0,5 mm en appliquant le processus assisté avec vibrations. Nous concluons que les paramètres de processus optimaux sont différents en fonction de l'objectif d'optimisation, et que certaines combinaisons peuvent être utiles en fonction de ces objectifs. / This dissertation is an experimental research project into the mechanical effects of the ultrasonic vibration-assisted ball burnishing process on the surface integrity of surfaces machined through ball-end milling. Due to the lack of commercial tools able to perform this process, the study includes firstly the design and characterisation of a prototype to that effect. An experimental analysis is then undertaken, applying the process to AISI 1038 and Ti-6Al-4V surfaces of high industrial and aeronautical value. The experimental campaign is designed based on a Taguchi orthogonal array that includes five factors, namely: preload, number of passes, feed velocity, strategy and initial surface texture. Results are analysed in terms of topological characteristics, residual stress and hardness, in order to identify and understand the impact of process parameters on surface integrity, to define the best parameters for performing the process and to assess the positive effects caused by the introduction of vibrations as a means of assistance. Results reveal that the initial texture is the most influential parameter on all outcomes. Texture results show that the vibrations can enhance the roughness and texture results, as long as they have sufficient low initial amplitude. Furthermore, only the preload and number of passes influence the results, with a pair of values being found in all cases that serve a threshold from which further plastic strain is detrimental for the final surface topology. In terms of residual stress, all parameters are influential in the results, especially the burnishing strategy, through which a certain component of the residual stress tensor can be adequately reinforced. Finally, the burnishing operation proves to modify the hardness of deep layers down to 0.5 mm, applying the vibration-assisted process. The main conclusion is that the optimal parameters for performing the process are different with regards to the optimisation objective. Some useful combinations are proposed for performing the process depending on the desired target.

En 2014, le réseau de pipelines à travers le monde est estimé à près de 3 500 000 km. Ces conduites en acier traversent plusieurs continents, régions, climats et donc différents types de sols. Elles sont protégées contre la corrosion externe par des revêtements et une protection cathodique. Néanmoins, il subsiste toujours un risque infime de dégradation de l’acier. Afin d’évaluer le risque de rupture d’une conduite, il est nécessaire d’étudier l’influence du sol sur la corrosion de l’acier nu non protégé composant cette conduite. Les paramètres régissant la corrosion des aciers dans les sols étant nombreux, nous nous sommes focalisés sur l’un des paramètres clés, à savoir « la teneur en eau » qui est directement reliée à d’autres paramètres très influents comme : l’aération ou taux d’oxygène, la résistivité du sol et la surface active. Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés aux phénomènes se produisant lors de périodes transitoires de séchage/humidification de plusieurs types de sols : argileux, limoneux argileux et sableux. Une électrode multi-coupons a aussi été utilisée afin d’étudier les phénomènes liés à l’hétérogénéité de surface (formation de piles d’aération différentielle). Pour cela, différents coupons en acier provenant d’une conduite d’Air Liquide ont été enfouis pendant de longues périodes (4, 6 et 12 mois) dans différents types de sols. Les vitesses de corrosion sont estimées par électrochimie via la modélisation des courbes de voltammétrie autour du potentiel d’abandon. La surface active de l’électrode est estimée via la mesure de la résistance d’électrolyte par spectroscopie d’impédance électrochimique. Les échantillons sont ensuite analysés par micro-spectroscopie Raman, diffraction des rayons X et microscopie (optique, confocale et électronique à balayage) afin de déduire les mécanismes de corrosion de l’acier. Les résultats montrent, notamment, qu’en cas d’un fort taux d’humidité et d’une faible aération, les vitesses de corrosion sont très faibles (de l’ordre de 20 à 30 µm.an-1) mais atteignent 200 à 400 µm.an-1 lors des phases de séchage. La mesure de courants de couplage effectuée avec l’électrode multi-coupons ainsi que l’analyse de surface des coupons conventionnels ont confirmé la présence de piles d’aération différentielle et le caractère localisé de la corrosion. / In 2014, the pipelines network extended over 3500000 km worldwide. These pipes are passing through various continents, regions, areas and thus different types of soils. They are protected against external corrosion by coatings and cathodic protection. However, there is always a slight risk of carbon steel degradation. In order to evaluate the pipeline failure threat, it is necessary to study the influence of soil corrosion on the uncoated steel which composes this pipe. There are many parameters governing the steel corrosion in soils. We focused on one of the most important parameter “water content”. It is directly linked to other prominent parameters such as oxygen concentration, soil resistance and active area. In this thesis, we addressed the phenomena occurring at transitory periods of drying and remoistening in different types of soils : clayey, silt-loamy and sandy. A multi-coupon electrode was used as well in order to study the phenomena linked to surface heterogeneity (formation of differential aeration cells). For this aim, several steel coupons were buried in different types of soil for long periods (4, 6 and 12 months). The corrosion rates are estimated via electrochemical methods by fitting with a theoretical law the voltammetric curves acquired around the open circuit potential. The active area of the electrode was estimated via the determination of the soil electrolyte resistance by electrochemical impedance spectroscopy. Afterwards, the coupons were analyzed by micro-spectroscopy Raman, X-rays diffraction and microscopy in order to understand the corrosion mechanisms. Results showed that in case of very high moisture content and deaerated conditions, the corrosion rates were very weak (about 20 to 30 µm.yr-1) but reached 200 to 400 µm.yr-1 in the drying periods. The galvanic current measurements performed with the multi-coupon electrode and the surface analysis of the conventional electrodes both confirmed the presence of differential aeration cells and the localized nature of the corrosion.

En raison de sa stabilité microstructurale l'acier martensitique 'X10CrMoVNb9-1' est considéré comme un des candidats pour plusieurs futurs composants des réacteurs à hautes températures 'Very High Temperature Reactor' (VHTR). Ces épais composants (200 mm) sont assemblés par soudage TIG multi-passe. Ce procédé de soudage génère des cycles thermiques et thermomécaniques complexes au niveau de la Zone Affectée Thermiquement (ZAT). Cette thèse est la suite de celle de G.-M. Roux. Ce travail de six ans a pour but de prédire l'état microstructural après soudage dans la ZAT. G.-M. Roux a déjà développé une première version d'un modèle Thermo-Métallurgico-Mécanique (TMM) et a été validée en termes de contraintes résiduelles sur des essais de soudage simples mono-passe. Dans cette thèse une nouvelle version du modèle TMM est proposée, permettant d'améliorer les prévisions en termes de l'état microstructural post soudage dans la ZAT, et les contraintes résiduelles engendrées par l'opération de soudage.Cette thèse s¿appuie sur une approche de modélisation fine des transformations de phases, à savoir la modélisation de la transformation matériau de base - austénite lors d'un chargement anisotherme complexe, la modélisation de la transformation austénite - martensite et finalement la modélisation du revenu de la martensite. Sans oublier la caractérisation du comportement mécanique de chaque phase et l'étude du comportement multi-phasique. La simulation numérique avec le code éléments finis Cast3M de plusieurs procédés de soudage permet de comparer les modèles aux résultats expérimentaux. / Due to its microstructural stability, the martensitic steel 'X10CrMoVNb9-1 is considered a candidate for several future high temperatures reactor components. These thick components (200 mm) are assembled by GTA multi-pass welding. This welding process generates complex thermal and thermomechanical cycles in the Heat Affected Zone (HAZ). This thesis is following that of G.-M. Roux. This work of 6 years aims to predict the microstructural state after welding in the HAZ. A first version of a Thermo-Metallurgical-Mechanical model (TMM) has been developed and validated in terms of residual stresses on single-pass welding simple tests. In this thesis a new version of the TMM model is proposed to improve the forecasts in terms of the microstructural state and residual stresses post welding in the HAZ. The main improvements of this model TMM its capabilities to take into account the successive heating and cooling cycles, characterizing the multi-pass welding process. This thesis is based on a detailed modeling approach for phase transformations, namely modeling the transformation base material - austenite during anisothermal complex loadings, modeling transformation austenite - martensite and finally the martensite tempering modeling. Not to mention the characterization of the mechanical behavior of each phase and the study of multiphase behavior. Numerical simulation with the finite element code Cast3M of several welding processes was used to compare models with experimental results.

En cas d' accident grave de réacteur nucléaire, la perte de réfrigérant peut conduire à la formation d'un mélange liquide à haute température (T>2500K) constitué majoritairement du combustible nucléaire et des matériaux de structure (corium). En cas de rupture de la cuve, le corium est susceptible d'interagir avec le béton de l'enceinte de confinement. Au contact du béton, la présence d'acier liquide modifie les processus d'ablation du béton et entraine une production de H2 et CO. Les objectifs de cette thèse étaient de déterminer la cinétique d'oxydation de l'acier liquide dans ces conditions, et d'identifier les mécanismes prépondérants. Pour répondre à ces objectifs, trois volets ont été développés: une approche à l'équilibre thermodynamique, des expériences analytiques à effets séparés et des expériences intégrales avec du corium prototypique. L'analyse des expériences intégrales montre que les gaz relâchés par le béton ne sont pas les seules sources d'oxydation, mais qu'une source d'oxydation extérieure au béton participe aux mécanismes d'oxydation. Les expériences analytiques ainsi que les calculs à l'équilibre thermodynamique ont montré que le corium, par sa capacité à devenir sur-stoechiométrique, est une source d'oxydation supplémentaire. Au contraire, les oxydes du béton ne participent pas au mécanisme d'oxydation. Le mécanisme d'oxydation de l'acier liquide est basé sur une oxydation relativement forte du chrome et du fer. Le nickel n'est pas oxydé, et serait consommé préférentiellement par Évaporation d'après les calculs thermodynamiques. L'étude cinétique de l'oxydation a permis d'une part d'établir deux lois cinétiques d'oxydation par O2 et CO2 et d'autre part de proposer une modélisation de la cinétique d'oxydation de l'acier lors des essais intégraux. / In case of severe nuclear accident, the loss of coolant leads to the formation of a high temperature liquid mixture (T>2500K) of nuclear fuel and structural materials inside the vessel. After the vessel failure, the corium could interact with the concrete of the reactor pit. The metallic phase inside the corium during corium-concrete interaction, changes the ablation processes and release H2 and CO. The aim of the PhD thesis was to study the kinetics and mechanisms of the liquid steel oxidation during corium-concrete interaction. In this way, the study was divided in three parts: with calculations at the thermodynamic equilibrium, with analytical experiments and with prototypical experiments. The results of oxidation analyses during prototypical experiments show that gases inside the concrete are not the only one source of oxidation and that another source outside the concrete have to participate to the oxidation mechanism. The analytical experiments and the thermodynamic approach show that the corium can oxidize the metallic phase whereas the concrete oxides cannot. The oxidation mechanism of liquid steel is based on high chromium and iron oxidation leading to their depletion. Oxidation of nickel does not occur, it would be mainly evaporated according to the thermodynamic calculations. Thanks to the kinetic study, the rates of the liquid steel oxidation by O2 et CO2 have been found and a phenomenological model have been proposed to estimate the steel oxidation during the prototypical experiments.

La réaction sulfatique interne (RSI) est une pathologie conduisant au gonflement et à la dégradation du béton de certains ouvrages. En tant que gestionnaire d'ouvrages, VINCI doit assurer la sécurité des usagers et des biens. Pour cela, une évaluation de l'aptitude au service des ouvrages concernés est nécessaire. Ce travail a pour but d'améliorer la modélisation des phénomènes mécaniques induits par la formation d'ettringite différée, notamment sous contrainte. Une campagne expérimentale a été réalisée sur éprouvettes prismatiques en béton réactif libres de contraintes, armées uniaxialement, armées triaxialement et soumises à un chargement uniaxial de compression de 14,5 MPa. Les phénomènes expansifs sont relativement isotropes en l'absence de contraintes et atteignent 0,6 % en fin de réaction. Le bridage induit par la présence des armatures conduit à une diminution importante des déformations dans les directions concernées, sans impact majeur sur le gonflement dans les directions libres : les déformations du béton initiées par la RSI sont de fait anisotropes sous chargement anisotrope. Une fissuration préférentielle est observée parallèlement à la direction gênée. L'application d'un chargement uniaxial de compression à hauteur de 14,5 MPa entraine un raccourcissement du béton dans la direction chargée, les déformations de fluage masquant les éventuelles expansions. La décharge de ces corps d'épreuve après environ 420 jours d'immersion a provoqué une reprise des gonflements de l'ordre de 0,10 % en 3 jours dans la direction chargée, sans effet visible dans les autres directions. Au cours des 200 jours suivants, des gonflements longitudinaux et transversaux similaires en termes de cinétique et d'amplitude ont été observés. Ce phénomène a été attribué au renouvèlement de l'eau de conservation ayant eu lieu au moment de la décharge, en particulier à une réaccélération du lessivage des alcalins. L'endommagement induit par la RSI sur le béton a été caractérisé par le biais d'essais de compression, traction par fendage et mesures de module d'Young avant et après gonflement. [...] / Delayed ettringite formation is a pathology leading to swelling and degradation of the concrete of certain structures. As structure manager, VINCI must ensure the safety of users and goods. To do so, an assessment of the serviceability of affected structures is necessary. This work aims to improve the modeling of mechanical phenomena induced by delayed ettringite formation, especially under stress. An experimental campaign was carried out on prismatic reactive concrete specimens. Some were plain, uniaxially reinforced, triaxially reinforced and subjected to an uniaxial compressive loading of 14.5 MPa. Expansions appeared fairly isotropic in stress-free conditions and reached 0,6 %. Restraint due to reinforcements led to decreased strains in the restrained directions. Expansions were only slightly impacted in transversal free directions. Therefore, DEF expansion under uniaxial stress is anisotropic. Cracks were observed parallel to the restrained direction. For prestressed concrete, creep strains hid possible strains induced by DEF. These specimens were unload after 420 days of immersion in water. It led to a strain increase of about 0,10 % in 3 days in the loaded direction, without any effect on transversal directions. Similar kinetic and range of expansion was measured in both longitudinal and transversal throughout the 200 following days. This phenomenon was understood as the consequence of an alkali leaching acceleration after storage water renewal that occurred during specimens unloading. DEF induced damage on concrete was characterize through compressive tests, brazilian tensile tests and Young modulus measurements before and after expansions. DEF effect on steel-concrete bond behavior was also measured through pull-out tests. Maximal steel-concrete bond stress appears slightly impacted by longitudinal expansions of about 0.25 %, but the bond shear modulus decreases significantly after DEF. All collected experimental data were used to fit a poromechanical model of DEF taking into account all the phenomena involved in the of reinforced concrete behavior (plasticity, damage, creep, shrinkage, distributed reinforcements...). [...]

La conservation du circuit secondaire des réacteurs à eau sous pression pendant les périodes d’arrêts nécessite la mise en oeuvre de conditions spécifiques afin de limiter les phénomènes de corrosion des aciers au carbone, qui composent en grande majorité ce circuit. Les méthodes de conservation impliquent une mise en oeuvre contraignante et couteuse lors des arrêts de tranche. L’injection d’amines filmantes (AF), en fonctionnement avant les phases d’arrêt, constitue une voie d’étude intéressante afin de protéger les composants en acier au carbone tout en simplifiant la mise en oeuvre de la conservation à l’arrêt. Le but de ce travail de thèse est d’étudier le comportement et l’efficacité d’une AF pour la protection des aciers au carbone dans les conditions représentatives des centrales REP. Pour mener à bien ces travaux, la spectroscopie d’impédance électrochimique a été utilisée en appui à des observations de surface par microscopie optique et microscopie électronique à balayage et à des analyses de surface par spectroscopie de photoelectrons X. Tout d’abord, des films d’AF formés sur un acier au carbone à basse température (80 °C) dans des conditions de dépôts optimisées ont été caractérisés (épaisseur, permittivité) et leurs propriétés inhibitrices de corrosion évaluées en milieu Na2SO4 à pH proche de 10. Cette première étude a permis de valider une méthode de caractérisation des films à travers l’analyse des données d’impédance à haute fréquence. Puis, cette méthode a été utilisée pour suivre et caractériser la formation de films d’AF d’une part, sur de la magnétite électrodéposée dans les conditions de dépôt optimisées, et d’autre part, sur des coupons d’acier au carbone polis dans les conditions thermo-chimiques du circuit secondaire à 120 °C, 220 °C et 275 °C en fixant la concentration en AF en solution à 2 ppm. Les suivis par impédance au cours du temps de l’acier au carbone traité avec l’AF ont permis de tester l’efficacité des films pendant une phase de conservation humide. Les résultats mettent en évidence l’influence des conditions de formation des films d’AF (température, concentration en AF, temps de traitement et nature du substrat) sur leur efficacité contre la corrosion en conservation. D’après nos résultats, seul le traitement réalisé à 120 °C a abouti à la formation d’un film d’AF pour lequel la protection de l’acier au carbone a été confirmé à l’issu d’une conservation humide de 30 jours. Les films formés sur l’acier au carbone nu à basse température ont montré une forte susceptibilité à la désorption au cours du temps, de même que pour les films d’AF déposés à 220 °C, et ce même avec une forte concentration en AF de 25 ppm. Enfin, pour les dépôts effectués à 275 °C, la cause la plus probable de la diminution de l’efficacité contre la corrosion observée entre 2 h et 24 h de traitement viendrait de la dégradation thermique de l’AF, détectée en solution au-delà de 2 h d’exposition à cette température. / The preservation of the secondary circuit of pressurized water reactors during layup periods requires the implementation of specific conditions in order to limit the corrosion phenomena of carbon steels, which constitute the major part of this circuit. These conservation methods are costly and very demanding for the operating. The injection of film-forming amines (FFA), in operation in before shutdown phases, is an interesting route of study to protect carbon steel components while simplifying the conservations. The aim of this thesis work is to study the behavior and the efficiency of an FFA for the protection of carbon steels in the representative conditions of PWRs. To carry out this work, electrochemical impedance spectroscopy was used with surface observations by optical microscopy and scanning electron microscopy and surface analysis by X-ray photoelectron spectroscopy. First, FFA films formed on a carbon steel at low temperature (80 ° C) under optimized deposition conditions were characterized (thickness and permittivity) and their corrosion inhibiting properties evaluated in an Na2SO4 medium at pH close to 10. This study allowed to validate a method for the film characterization through the analysis of the high frequency part of the impedance data. Then, this method was used to follow and characterize the FFA film formation on electrodeposited magnetite in optimized deposition conditions in one hand, and on a carbon steel under the thermo-chemical conditions of the secondary circuit at 120 °C, 220 ° C and 275 °C using FFA concentrations fixed at 2 ppm on the other hand. Impedance monitoring over time of the FFA-treated carbon steel allowed the effectiveness of the films to be followed during humid conservation. The results highlight the influence of FFA film formation conditions (temperature, FFA concentration, treatment time and nature of the substrate) on their efficiency against corrosion during conservation. According to our results, only the treatment at 120 °C resulted in the formation of an FFA film that could protect the carbon steel from corrosion in humid conservation during 30 days. The films formed on bare carbon steel at low temperature showed a high susceptibility to desorption over time, as well as for FFA films deposited at 220 °C, even with a high FFA concentration of 25 ppm. Finally, for FFA deposition made at 275 °C, the decrease of the efficiency against corrosion observed over time would come from the thermal degradation of the FFA, detected in solution beyond 2 hours of exposure to this temperature.

Depuis quelques années, l'industrie automobile s'intéresse au développement d'adhésifs crashs. Ces produits donnent aux assemblages collés des performances exceptionnelles en tenue mécanique statique, en fatigue et en tenue au crash. Ces adhésifs sont formulés pour s'adapter de façon optimale aux procédés de mise en œuvre de l'industrie automobile. L'objectif de l'étude est de déterminer les mécanismes d'adhésion, au cours d'un vieillissement humide, pour différentes chimies de surface et la cinétique des phénomènes engendrant des variations des niveaux d'adhérence et des modes de rupture. Dans cette thèse, des systèmes industriels, le test de traction-cisaillement et le cataplasme humide ont été retenus. Une approche combinant chimie et physique de l'adhésif, de l'acier galvanisé et du joint de colle a été menée. Cette approche multi-technique a permis de mettre en évidence les phénomènes responsables de la perte d'adhérence d'un assemblage acier galvanisé/adhésif crash au cours d'un vieillissement hygrothermique. L'interphase apparaît comme la zone la plus sensible aux contraintes mécaniques avant et après quelques jours de vieillissement. En revanche, pour des temps de vieillissement plus importants, la couche de corrosion devient la zone de faible cohésion. L'étude de l'influence de la chimie de surface des substrats d'acier galvanisé sur les propriétés d'adhérence des assemblages collés montre une meilleure réactivité et donc une meilleure tenue mécanique des substrats contenant davantage de zinc et d'hydroxydes que d'aluminium et d'oxydes. Une attention plus particulière a été portée sur la caractérisation fine de la chimie de surface des aciers galvanisés. / Since few years, automotive industry tends to develop crash adhesives. By bonding metal sheets with a continuous bead of crash adhesive, automotive manufacturers can significantly improve both body stiffuess and crashworthiness. The crosslinking conditions of the adhesive on industrial surface (galvanized steel) without cleaning correspond to those used industrially (Electrocoat product). The aim of this work is to determine adhesion mechanisms during hydrothennal ageing for different surface chemistry and kinetics of phenomena generating variations of adhesion levels and failure locus. For this study industrial materials (galvanized steel and epoxy crash adhesive), lap-shear test and humid cataplasm were selected. An approach combining chemistry and physics of the adhesive, substrate and joints was led. This multi-technical approach can be of major interest for the study of phenomena responsible of adhesion loss for adhesively bonded joints in moist environment. So the failure is located in a metal/polymer interphase during the first period of ageing then the failure shifts within a surface layer of corrosion products. The influence of surface chemistry of galvanized steel substrates on metal/polymer adhesion was also studied. The results show a better reactivity and consequently better mechanical properties for substrates with zinc and hydroxides than aluminum and oxides. In this approach, a precise characterization of surface chemistiy was led by XPS methodology.