Le but du travail de cette thèse est d'optimiser le procédé de mise en forme par tréfilage en utilisant une approche expérimentale, une modélisation analytique et une simulation numérique par éléments finis. Cette étude consiste à analyser les mécanismes de déformation et d'endommagement, mis en jeu par ce processus, qui constitue un problème multi physique complexe. Cette complexité se traduit par l'influence de nombreux paramètres intrinsèques et extrinsèques sur les propriétés de tréfilabilité des matériaux. Une analyse paramétrique du procédé de tréfilage a montré que différents paramètres ainsi que leurs interactions mutuelles, ont des effets significatifs sur la contrainte de tréfilage durant le processus de déformation plastique, en prenant en compte la géométrie de l'outil et le taux d'écrouissage. Les effets de la température dans la filière et de la vitesse de déformation sur le coefficient de frottement, à l'interface fil-filière, ont été pris en considération dans les formulations analytiques. La simulation numérique du tréfilage d'un fil en cuivre a été réalisée en se basant sur une modélisation utilisant une loi de comportement élastoviscoplastique du matériau, validée par des résultats expérimentaux. Les problèmes de contact, les effets thermomécaniques ont été pris en compte dans cette phase de calculs. Un modèle d'endommagement découplé, basé sur un critère énergétique, est utilisé pour prédire la localisation et la forme des défauts dans les fils soumis à des conditions critiques de tréfilage. Les résultats sont validés à partir des données expérimentales et des observations microscopiques de! l'endommagement dans la partie centrale du fil et de l'usure des filières. / The aim of this thesis work is to optimize the process of forming by wiredrawing, using an experimental approach, an analytical modeling and a numerical simulation by finite elements. This study is to analyze the mechanisms of deformation and damage, being involved in this process, which is a multi complex physical problem. This complexity is reflected by the influence of many intrinsic and extrinsic parameters on the properties of materials drawability. A parametric analysis of the drawing process has shown that different parameters and their mutual interactions have significant effects on the drawing stress during the plastic deformation process, taking into account the tool geometry and the hardening of the drawn material. The effects of temperature in the die and the strain rate on the coefficient of friction at the interface wire-die have been taken into account in the analytical formulations. The numerical simulation of a copper wiredrawing was done based on modeling using a behavior law for material taking account the hardening and the strain rate dependence, and validated by experimental results. Contact problems, the thermo mechanical effects were taken into account in these calculations. A coupled damage model based on an energy criterion is used to predict the location and the shape of defects in a wire deformed by critical conditions of drawing. The results have validated using experimental data and microscopie observations of damage in the central part of the wire and the die wear.

Dans cette étude, la technologie de la projection à froid a été utilisée pour réaliser des projections de bronze et ses composites de manière à obtenir un revêtement qui possède bonnes performances en frottement. Les recherches suivantes ont été exécutées dans ce travail à savoir : -la fabrication, la sélection et le post-traitement des poudres de bronzes et de quasicrystaux : -la réalisation de revêtements de bronze et ses composites ; -l'analyses des performances en frottement des revêtements fabriqués ; -la comparaison des caractéristiques et des comportements en frottement entre les revêtements fabriqués par la projection à froid et par la projection thermique conventionnelle. Les résultats montrent que la projection à froid peut être une technologie fiable pour réaliser des revêtements composites à base de bronze, la transformation de phase et l'oxydation qui sont associées aux revêtements fabriqués par les autres techniques de projection thermique conventionnelle peuvent être évitées ou atténuées efficacement par utilisation du procédé de projection à froid, le revêtement composite présente une meilleure propriété tribologique par rapport aux revêtements de bronzes seuls. Les performances en frottement des revêtements fabriqués par projection à froid sont comparables à celles des revêtements fabriqués par projection thermique.

Ce manuscrit présente une description théorique des propriétés de transport exceptionnelles des liquides dans les nanotubes de carbone (CNT). La perméabilité de ces canaux dépasse largement ce qui est prévu par les équations de l'hydrodynamique et la condition limite de non-glissement. Au cours des dernières années, plusieurs groupes ont effectué des expériences d'écoulement de liquides dans des membranes de CNT. Une perméabilité très supérieure à l'attente classique a été observée. Dans ce contexte, nous avons mené une étude exhaustive du frottement liquide/solide qui apparaît pendant l'écoulement d'un fluide dans un CNT, à l'aide de simulations de dynamique moléculaire. Le coefficient de frottement a été mesuré pour différents systèmes en utilisant plusieurs méthodes indépendantes. Les simulations ont montré que le coefficient de frottement était indépendant du confinement, mais qu'il dépendait considérablement de la courbure de la paroi. Pour l'eau dans un CNT, le coefficient de frottement diminue avec le rayon du tube. Nous avons ensuite établi une expression approchée du coefficient de frottement, qui le relie à des propriétés microscopiques de l'interface entre le liquide et la paroi. Cette expression reproduit la dépendance du coefficient de frottement avec la courbure, et permet de l'expliquer à partir des trois paramètres statiques suivants : la densité surfacique de l'eau, la rugosité de la paroi et la commensurabilité entre les structures de la paroi et de la première couche d'eau à l'interface. En résumé, notre étude a permis une compréhension détaillée du frottement de l'eau dans les CNT, qui explique l'origine de sa valeur extrêmement basse.

Pour caractériser certains comportements des gouges de failles, des travaux à l'Appareil de Cisaillement Simple Annulaire ont été réalisés. Ils consistent à cisailler un modèle de gouge épaisse sur des distances plurimétriques. La diminution progressive, à grand déplacement, du frottement apparent est représentée par une nouvelle loi puissance qui prend en compte le niveau de confinement et dans laquelle l'effet de l'eau est négligeable. Les perturbations en déplacement, en dessous d'un certain seuil, en vue de relâcher le cisaillement, induisent une cicatrisation lors de la recharge où l'on a mis en évidence le rôle des déformations volumiques, et plus particulièrement la dilatation empêchée de la bande de cisaillement. Par ailleurs, la variation du confinement, sous forme sinusoïdale ou par paliers, entraîne une déformation volumique et une variation du cisaillement proportionnelles. Ces perturbations ont peu d'influence sur un échantillon ayant subi dans son passé un confinement supérieur à celui pratiqué par les variations. Les variations sinusoïdales se font sans déphasage et sans qu'il y ait résonance ; l'effet de la période est plus présent à faibles valeurs (< 20 s). La bande de cisaillement montre une réduction importante de sa perméabilité à l'eau attribuée à la production de fines particules résultant du broyage des grains de sable. Un nouveau dispositif permet d'avoir accès à des mesures de la pression normale au voisinage de la bande de cisaillement pour une interface rugueuse. La comparaison avec les travaux antérieurs sur une interface lisse conduit à une convergence satisfaisante ; une exception importante est le cas des phases d'adoucissement à long terme. La réponse globale des essais semble résulter de l'interaction entre la bande de cisaillement et le reste de l'échantillon.

Le procédé de projection à froid a démontré ses avantages uniques dans la préparation de revêtements métalliques, composites et céramiques. Parmi ces revêtements, ceux constitués de magnésium pur ou de composites à matrice métallique à base de magnésium font partie des matériaux les plus prometteurs en raison de leur excellente résistance spécifique. Pourtant, les mécanismes de fabrication, par ce procédé de projection, des revêtements magnésium et composites à base de magnésium n'ont pas été étudiés. C'est le sujet de cette thèse. Les recherches menées dans cette étude s'articulent autour de plusieurs domaines, à savoir: La science des matériaux avec des études sur l'effet de la granulométrie des particules de magnésium, l'effet de la taille et de la teneur (15% vol. - 60 % vol.) des particules de renforcement (SiC) ; La mécanique des fluides avec des modélisations de géométrie de buse, d'écoulement de gaz et des vitesses des particules de magnésium et alliage de magnésium (AZ91D) ; Les caractérisations des dépôts avec des analyses de microstructure et des mesures de microdureté, d'adhérence et de comportement au frottement des revêtements;Les résultats montrent que la projection à froid peut être utilisée pour fabriquer des revêtements de magnésium purs ou composites sans aucune oxydation ou transformation de phase. La taille de ces particules doit rester dans une fourchette acceptable pour égaler la vitesse critique (entre 653 m*s-1 et 677 m*s-1) permettant la déposition. Concernant plus spécifiquement les résultats sur les revêtements de magnésium pur, le maximum de rendement de dépôt est obtenu par projection d'une poudre de granulométrie comprise entre 22 μm et 64 μm. L'adhérence atteint 11.6 ± 0.5 MPa lorsque le substrat est préchauffé à 200 oC. Pour le cas des revêtements AZ91D, la construction du dépôt s'effectue par effet de verrouillage mécanique. Le type de frottement observé sur ces revêtements est une usure adhésive. Dans les revêtements composites d'AZ91D - SiC, la teneur en particules de renforcement SiC présentes dans le dépôt diminue avec leur taille dû à l'effet "onde de choc". Le rendement de dépôt augmente avec la teneur en SiC de 15 vol.% à 30 vol.%, puis diminue au-delà de 30 vol%. Le type de frottement correspond à une usure par abrasion.

Les vis à rouleaux convertissent la rotation en translation de manière très efficace et sont utilisées dans des nombreuses industries. Mais même s'il présente beaucoup d'avantages, le mécanisme reste complexe et relativement difficile à comprendre. Le principal but de cette thèse est de quantifier la puissance dissipée par les vis à rouleaux standard et inversées, qui est un résultat important pour toute étude liée à l'efficacité ou la distribution de température. De plus, il s'agit d'un critère de conception dans le choix de paramètres optimaux pour une certaine application. À cause des travaux peu nombreux en termes de recherche et des hypothèses restrictives faites dans la littérature courante, ce mémoire commence avec une analyse géométrique de base du mécanisme et envisage de généraliser les équations des surfaces filetées pour les différents types de profils et conditions de jeu. La position des points de contact peut ensuite être déduite avec un algorithme de type Newton-Raphson très rapide. Cette information est cruciale pour toute étude ultérieure de force. Après, les équations classiques de Hertz sont adaptées à des contacts peu conformes pour déterminer la forme, les dimensions et l'orientation des ellipses de contact rouleau-vis et rouleau-douille. Il est prouvé que les directions principales de courbure obtenues ici par géométrie différentielle sont différentes de celles supposées dans les précédents travaux de recherche. Ensuite, la cinématique du mécanisme est étudiée avec un modèle stationnaire, qui établit des liens entre les mouvements uniformes de tous les composants et permet de calculer d'une manière simplifiée le champ de vitesse de glissement en tout point de l'aire de contact. Le mouvement local apparaît comme une combinaison de spin et de glissement uniforme. Le modèle est calibré sur un seul degré de liberté qui prend la forme d'un quotient de glissement, qui dépend de conditions de lubrification et équations d'équilibre dynamique. Un banc expérimental est conçu pour mesurer ce quotient et permettre donc la comparaison avec des valeurs numériques, ainsi que les quelques modèles analytiques disponibles dans la littérature. Les résultats montrent que les mesures sont très proches des conditions de fonctionnement idéales, ce qui fait que les propriétés du lubrifiant et les coefficients de frottement deviennent les paramètres les plus influents dans le peu de marge disponible pour l'amélioration cinématique. Finalement, un modèle numérique en forces est développé et permet de calculer la puissance dissipée pendant l'équilibre stationnaire. L'algorithme itératif détermine d'abord le quotient de glissement atteint à l'équilibre et utilise ensuite le résultat pour déduire les autres variables cinématiques et dynamiques liées au calcul. Une étude paramétrique est réalisée dans le but d'identifier les facteurs importants pour l'efficacité et la puissance dissipée, ainsi que leur contribution relative. / Roller screws are highly efficient rotation-translation converters used in a variety of industries. Despite its numerous advantages, the mechanism remains complex and rather difficult to understand. The main goal of this thesis is to quantify the amount of power dissipated by standard and inverted roller screws, which is an important result for any study related to efficiency or temperature distribution. Furthermore, it is used as a design criterion in choosing optimal parameters for a given application. Due to the limited amount of available research and the restrictive assumptions made in current literature, this memoir starts with a basic geometric analysis of the mechanism and attempts to generalize threaded surface equations for different types of profiles and backlash conditions. The contact point locations can then be deduced using a very fast Newton-Raphson algorithm. This information is crucial for any subsequent force analysis. Classic Hertzian equations are then adapted to slightly conforming contacts in order to calculate the shape, size and orientation of the roller-screw and roller-nut contact ellipses. It is shown that the principal directions of curvature obtained here by differential geometry are different from the ones assumed by previous research. Next, the mechanism kinematics is investigated using a stationary model, which relates the steady-state movement of all the different components and allows a simplified calculation of the sliding velocity field at any point within the contact areas. The local motion proves to be a combination of spin and uniform sliding. The model is set to have only one degree of freedom in the form of a slip ratio, which depends on lubrication conditions and force balance equations. An experimental setup is designed to measure this ratio and thus allow comparison to numerical values, as well as the few analytical models available in the literature. Results show that measurements are very close to ideal operating conditions, which makes lubricant properties and friction coefficients the most influential parameters in the little room available for kinematic improvement. Finally, a numerical force model is developed, which calculates the power dissipated during the steady-state regime. The iterative algorithm first determines the value of the slip ratio reached during stationary equilibrium and then uses the result to deduce the other kinematic and dynamic unknowns involved. A parametric study is conducted to identify the important factors in efficiency and power dissipation, as well as their relative influence.

Le procédé de projection à froid a démontré ses avantages uniques dans la préparation de revêtements métalliques, composites et céramiques. Parmi ces revêtements, ceux constitués de magnésium pur ou de composites à matrice métallique à base de magnésium font partie des matériaux les plus prometteurs en raison de leur excellente résistance spécifique. Pourtant, les mécanismes de fabrication, par ce procédé de projection, des revêtements magnésium et composites à base de magnésium n'ont pas été étudiés. C’est le sujet de cette thèse. Les recherches menées dans cette étude s’articulent autour de plusieurs domaines, à savoir: La science des matériaux avec des études sur l’effet de la granulométrie des particules de magnésium, l’effet de la taille et de la teneur (15% vol. - 60 % vol.) des particules de renforcement (SiC) ; La mécanique des fluides avec des modélisations de géométrie de buse, d’écoulement de gaz et des vitesses des particules de magnésium et alliage de magnésium (AZ91D) ; Les caractérisations des dépôts avec des analyses de microstructure et des mesures de microdureté, d’adhérence et de comportement au frottement des revêtements;Les résultats montrent que la projection à froid peut être utilisée pour fabriquer des revêtements de magnésium purs ou composites sans aucune oxydation ou transformation de phase. La taille de ces particules doit rester dans une fourchette acceptable pour égaler la vitesse critique (entre 653 m•s-1 et 677 m•s-1) permettant la déposition. Concernant plus spécifiquement les résultats sur les revêtements de magnésium pur, le maximum de rendement de dépôt est obtenu par projection d’une poudre de granulométrie comprise entre 22 μm et 64 μm. L’adhérence atteint 11.6 ± 0.5 MPa lorsque le substrat est préchauffé à 200 oC. Pour le cas des revêtements AZ91D, la construction du dépôt s’effectue par effet de verrouillage mécanique. Le type de frottement observé sur ces revêtements est une usure adhésive. Dans les revêtements composites d’AZ91D – SiC, la teneur en particules de renforcement SiC présentes dans le dépôt diminue avec leur taille dû à l'effet «onde de choc». Le rendement de dépôt augmente avec la teneur en SiC de 15 vol.% à 30 vol.%, puis diminue au-delà de 30 vol%. Le type de frottement correspond à une usure par abrasion. / Cold spraying has shown unique advantages in preparing coatings of metal, composite and ceramic. However, the deposition mechanism of magnesium and magnesium-based composite coatings fabricated using cold spraying was not researched although magnesium and metallic matrix composites based magnesium have drawn more and more attention due to their excellent specific strength. Therefore, the deposition mechanism of magnesium and magnesium-based composite coating has been studied in this study. The research carried out in this study involves several fields:Effect of the particle velocity of magnesium particles on the deposition efficiency, microstructure, microhardness and bonding strength of coatings; Effect of the particle size of magnesium particles on the deposition efficiency and microstructure of coatings;Effect of the substrate preheating on the microstructure, microhardness and bonding strength of coatings;Effect of the particle velocity of magnesium alloy (AZ91D) particles on the deposition efficiency, microstructure, and frictional behavior of coatings;Effect of the particle size of strengthening phrase (SiC) on the microstructure, bonding strength and frictional behavior of coatings;Effect of the particle content (15 vol.% - 60 vol.%) of strengthening phrase (SiC) on the microstructure, bonding strength and frictional behavior of coatings.The results show that cold spraying can be used to fabricate magnesium and magnesium-based coatings without any oxidation or phase transformation. The critical velocity of magnesium particles is 653 m•s-1- 677 m•s-1. Magnesium particles with a size too large or too small are not suitable to the deposition. The maximum of deposition efficiency of magnesium particles are obtained using the powder with a size range of 22-64 μm. The maximum of bonding strength between magnesium coatings and substrates is 11.6 ± 0.5 MPa as the substrate is preheated at 200oC. The deposition of AZ91D coatings is due to the effect of mechanical interlocking. And the friction type of AZ91D coatings is adhesive wear. The friction type of AZ91D – SiC composite coatings turn to be abrasive wear. The SiC content in composite coatings decreases as the SiC particle size decreases due to the effect of bow shock. The deposition efficiency of AZ91D and SiC mixed powder increases as the SiC content increases from 15 vol.% to 30 vol.%, and then decreases as the SiC content increases from 30 vol% to 60 vol.%.

Cette étude avait pour objectif premier une caractérisation biomécanique du simple pas chez le sujet « normal ». À cet effet, on a considéré l’effet de la vitesse, ce qui a notamment permis de tester l’invariance de l’égalité entre la perturbation appliquée au corps lors de son accélération et la contre-perturbation lors de son freinage (CPA) permettant le retour au repos. Ainsi , le rôle des CPA se trouve explicité. Dans une seconde série expérimentale, on a considéré l’effet du frottement à l’arrêt du mouvement. L’objet de cette série était de caractériser la modification des caractéristiques biomécaniques chez le sujet « normal ». La caractérisation n’a pas soulevé de problèmes majeurs, l’effet de la vitesse se confirmant pour les deux coefficients de frottement (COF) considérés ( Téflon et Carrelage ). En revanche, les différences entre caractéristiques biomécaniques paraissent ne pas être significatives quand le COF diffère. Néanmoins, si l’on considère les résultats individuels, on constate que la durée des CPA tend à être systématiquement supérieure pour le COF le plus faible (Téflon), alors que le pic d’amplitude est systématiquement inférieur . Ces résultats incitent à approfondir l’étude de l’effet du frottement sur le simple pas. En conclusion , le simple pas semble être un paradigme permettant d’obtenir des résultats robustes et facilement utilisables pour étudier des personnes vieillissantes ou handicapées . / This study aimed to biomechanical characterization of a simple step among normal subjects. To this end, we considered the effect of speed, which has enabled to test the invariance of equality between the disturbance applied to the body during its acceleration and counter- perturbation during its breaking phase (CPA) to return to initial position. Also, the role of CPA is explained.In a second experimental series, we considered the effect of friction at the stop point of movement .The purpose of this series was to characterization of biomechanical characteristics modifications among normal subjects. So, the characterization did not raise any major problems, the effects of velocity is confirmed for both COF considered (Teflon and Tiles). How ever, the differences between biomechanical characteristics are not significant when the COF is different, but by considering the individual results, we have found that the duration of the CPA tends to be systematically higher for Teflon, contrary to the peak amplitude results.These results encourage further study of the effect of friction on the single step.In conclusion, the simple step seems to be a paradigm for obtaining robust results and easily usable to study old or handicapped peoples.

Les propriétés tribologiques intrinsèques des composés lamellaires sont généralement attribuées à la présence de gap de van der Waals dans leur structure. La possibilité de faire varier de manière contrôlée la structure cristalline et la structure électronique du graphite par processus d'intercalation de différentes espèces chimiques (électrophile, nucléophile ...) sont utilisées pour étudier de façon plus approfondie les processus de réduction du frottement par les composés de basse dimensionnalité. Trois familles d'intercalants sont étudiées et les propriétés tribologiques sont corrélées aux évolutions structurales et chimiques.

Dans les régions polaires, les ouvrages de génie civil subissent l'effet de la dérive des glaces. Celle-ci génère des sollicitations dynamiques contrôlées en partie par le frottement glace-structure. Des essais de frottement cycliques glace-béton ont été réalisés à -10°C, avec une boîte de cisaillement direct, pour différentes conditions de contact (contraintes normales de 25 à 800 kPa ; vitesses de 0,1 à 10 mm.mim-1; rugosité de la surface de béton de 0 à 0,55 mm). Des observations optiques de la glace et des mesures de suivi de la topographie de la surface de béton complètent ces essais. Ceux-ci montrent une augmentation du coefficient de frottement glace-béton au cours du temps, conséquence de la maturation du contact gouvernée par la déformation viscoplastique de la glace. Les résultats ont permis de formuler des lois d'interfaces définissant le coefficient de frottement en fonction des conditions de contact. Les observations optiques ont permis de caractériser les mécanismes physiques mis en jeu dans la glace au niveau de l'interface: déformation viscoplastique, adhérence, recristallisation, glissement aux joints de grains, micro et macrofissuration. La déformation viscoplastique et l'adhérence apparaissent comme les principaux responsables du comportement au frottement observé. Le suivi de la topographie de la surface de béton a permis de mettre en évidence l'usure du béton et d'en quantifier le taux. Une étude théorique du frottement complète ce travail expérimental. Elle prend en compte la déformation viscoplastique de la glace et l'adhérence glace-béton dans un modèle bidimensionnel de l'interface. Ce modèle rend compte convenablement des observations expérimentales et confirme le rôle de la déformation viscoplastique de la glace, qui crée un phénomène de portance limitant la pénétration des aspérités dans la glace, et celui de l'adhérence glace-béton. Il montre par ailleurs l'influence de la topographie de la plaque sur le frottement.