L’Alliage à Mémoire de Forme (AMF) est un matériau intelligent ayant de nombreuses applications dans l'industrie aérospatiale, le génie civil, ainsi que dans le domaine biomédical. Dans toutes ces applications, le matériau est soumis à un chargement cyclique ce qui le rend vulnérable vis-à-vis du phénomène de la fatigue. Une des questions importantes dans l'étude de la fatigue de l’AMF polycristallin est l'interaction entre l’endommagement local et la transformation de phase martensitique; cette transformation se déroule dans un mode homogène macroscopique ou un mode hétérogène se traduisant par la formation de bandes de Lüders en raison de la localisation de la déformation et du changement de phase. La formation et l'évolution de ces bandes influence fortement les mécanismes physiques de déformation ainsi que l’endommagement par fatigue du matériau. Dans la littérature, on ne trouve pas d’études permettant de faire le lien entre la formation et l’évolution des bandes de localisation et la fatigue du matériau. Dans cette thèse, des expériences systématiques de fatigue en traction sont réalisées sur les éprouvettes pseudo-élastiques du Nickel-Titane avec des observations optiques in-situ de l’évolution des macro-bandes. Ces observations ont permis de retracer l'histoire de la déformation locale dans les zones où la rupture se produit. Ces résultats expérimentaux permettent de mieux comprendre le comportement de fatigue ainsi que sa dépendance par rapport à la contrainte appliquée ainsi que la fréquence du chargement. En particulier, il a été prouvé que la déformation locale résiduelle représente un meilleur indicateur de l’endommagement du matériau que la déformation résiduelle nominale/globale de la structure. / Shape Memory Alloy (SMA) is a typical smart material having many applications from aerospace industry, mechanical and civil engineering, to biomedical devices, where the material’s fatigue is a big concern. One of the challenging issues in studying the fatigue behaviors of SMA polycrystals is the interaction between the material damage and the martensitic phase transformation which takes place in a macroscopic homogeneous mode or a heterogeneous mode (forming macroscopic patterns (Lüders-like bands) due to the localized deformations and localized heating/cooling). Such pattern formation and evolution imply the governing physical mechanisms in the material system such as the fatigue process, but there is still no fatigue study of SMAs by tracing the macro-band patterns and the local material responses. To bridge this gap, systematic tensile fatigue experiments are conducted on pseudoelastic NiTi polycrystalline strips by in-situ optical observation on the band-pattern evolutions and by tracing the deformation history of the cyclic phase transformation zones where fatigue failure occurs. These experimental results help to better understand the stress- and frequency-dependent fatigue behaviors. Particularly, it is found that the local residual strain rather than the structural nominal/global residual strain is a good indicator on the material’s damage leading to the fatigue failure, which is important for understanding and modeling the fatigue process in SMAs.

Cette thèse caractérise un acier Moyen Mn à 0.2C-5Mn-2.5Al qui montre un écrouissage très fort au cours de la déformation plastique dû à l’effet TRIP. Pendant TRIP, l’austénite résiduelle paramagnétique se transforme en martensite ferromagnétique sous déformation plastique, ce qui conduit à un fort écrouissage. Le taux de cet écrouissage dépend des paramètres de fabrication et surtout la température de recuit intercritique. Ces aciers ont aussi des fois le tendance de se déformer de façon hétérogène par des bandes de Lüders ou PLC.Dans cette thèse, une méthode de caractérisation de la cinétique de transformation de phase est développée sur la base des mesures de l’aimantation saturée de l’acier. La méthode magnétique est unique dans son implémentation in-situ sans aucun effet sur l’essai de traction. Une correction pour les effets de la contrainte appliquée sur l’aimantation est aussi introduite pour la première fois avec une base physique. Les résultats des mesures magnétiques ont été comparés contre des caractérisations des bandes de déformation pour montrer que la transformation de phase coïncide avec le passage des bandes de déformation. La sensibilité à la vitesse de déformation est analysée et une caractérisation de la présence et type de bande PLC est présentée en fonction de la cinétique de transformation de phase. / This thesis studies the mechanical behavior of a 0.2C-5Mn-2.5Al Medium Mn steel that exhibits a very high degree of work hardening due to transformation-induced plasticity (TRIP) during plastic deformation. During TRIP, paramagnetic retained austenite is transformed to ferromagnetic martensite with the application of plastic strain and generates a significant amount of work hardening. The rate of work hardening is seen to vary greatly depending on processing parameters—notably the intercritical annealing temperature. These steels also often deform heterogeneously through the propagation of Lüders or PLC strain bands.This research develops a method to characterize the kinetics of the TRIP effect through measurements of the samples magnetic properties. The method is novel in that it is performed in-situ with no effect on the tensile test and is able to correct for the effects of the applied stress on the magnetic properties. The results of these experiments were compared to characterizations of the strain bands to demonstrate that TRIP coincides with the passage of a Lüders or PLC band. The strain rate sensitivity of the steels is analyzed and the presence and type of PLC bands are characterized with respect to the transformation kinetics.