L'implantation ionique d'azote dans l'aluminium a pour conséquence d'améliorer certaines de ses propriétés superficielles et peut donc entre autre être utilisée comme traitement de surface pour les alliages d'aluminium. Cette étude fait suite au développement d'une nouvelle technologie d'implantation basée sur l'utilisation de microaccélérateurs de particules qui permettent l'implantation d'ions multichargés (jusqu'à N4+). L'objectif de la thèse a été dans un premier temps de cibler les paramètres d'implantation permettant d'obtenir les meilleurs résultats, notamment lors de tests de corrosion et d'usure. Une analyse microstructurale a été menée afin de comprendre les mécanismes rentrant en jeu dans le renforcement des surfaces implantées. On a ainsi, pu mettre en évidence la nécessité d'une interpénétration des couches nitrurées et oxydées pour une amélioration significative de la résistance aux sollicitations superficielles. Les mécanismes de durcissement ont également été étudiés ce qui a permis de mettre à jour un durcissement par écrouissage régi par effet Hall-Petch apparaissant lors de l'implantation. Une étude du comportement mécanique d'éprouvettes implantées a montré que malgré les faibles épaisseurs d'implantations (~0,5 µm) des effets pouvaient se faire sentir sur tout le volume des éprouvettes. Le comportement élastique ainsi que le mode d'endommagement de ces pièces ont en effet été modifiés après implantation.

Le géotextile Armater a été mis au point il y a environ dix ans. Il s'agit d'une nappe alvéolaire obtenue en cousant ou collant des bandes de géotextile non tissé aiguilleté entre elles. Les alvéoles sont de forme hexagonale. L'idée est de constituer un massif de sol renforcé par un empilement de lits d'alvéoles où la connexion verticale des lits est réalisée au moyen de bandes de textiles agrafées aux pointes des alvéoles.<br /><br />Le travail de recherche sur ce nouveau concept de mur a consisté à étudier le comportement local et global, afin d'en développer une méthode de dimensionnement.. Nous avons dans un premier temps par un programme expérimental exhaustif mis en évidence le comportement mécanique du géosynthétique alvéolaire et tenté de le comprendre. Dans un deuxième temps nous avons développé des modèles théoriques permettant de proposer une méthode rationnelle de dimensionnement que nous avons validé sur des ouvrages réels. Nous avons utilisé deux approches différentes : approche par un calcul à la rupture utilisant la méthode des deux blocs et approche en déformations en différences finies. <br /><br />Le mémoire a été structuré en quatre parties exposées ci-dessous :<br /> - en premier lieu, une étude bibliographique rappelle les hypothèses et les méthodes habituelles de caractérisation des géotextiles, du sol ainsi que l'interaction sol-géotextile.<br /> - la deuxième partie s'attache à mettre en évidence le fonctionnement mécanique du complexe au niveau d'une alvéole. Plusieurs séries d'essais locaux ont été réalisées afin de comprendre le fonctionnement de ce produit dans différentes configurations. <br /> - la troisième partie présente les différentes méthodes de calcul analytiques (intégrant les modèles mis au point dans la deuxième et la troisième partie) ou numériques mis au point durant ce travail, ainsi qu'une étude de l'influence des paramètres géométriques (longueur, hauteur) ou mécanique (comportement des matériaux). Ces modèles n'utilisent pour ce travail que des chemins de chargement monotones croissant.<br />- la quatrième partie confronte les résultats d'expérimentations sur un ouvrage réel instrumenté et des modèles de taille réduite avec ceux des calculs de modélisation.<br /><br />Les apports du travail présenté ci-dessus qui nous semblent les plus intéressants sont les suivants. En premier lieu, une meilleure connaissance du fonctionnement du phénomène de confinement. A l'égard de ce mode de fonctionnement, le rapport côté sur hauteur joue un rôle important. Après avoir montré la capacité des logiciels à représenter le complexe sur divers chemin de sollicitation au niveau local nous avons développé deux méthodes de dimensionnement du massif en sol renforcé. Ces méthodes permettent de modéliser l'hétérogénéité du comportement des matériaux et la géométrie complexe des ouvrages.

L'objectif principal de cette étude est de prédire l'initiation du délaminage en fatigue dans un matériau composite en carbone/polysulfure de phénylène (PPS). Dans le domaine des transports comme l'aéronautique ou l'aérospatiale, de nombreuses applications sont réalisées en matériaux composites en raison de leur rapport résistance/masse volumique élevé. Les matrices thermoplastiques telles que le PPS témoignent d'un certain nombre d'avantages, tels que le recyclage, quand on les compare aux classiques résines thermodurcissables comme l'époxy. En effet, ce matériau peut présenter un taux de cristallinité et une température de transition vitreuse élevés et ainsi avoir de très bonnes propriétés thermomécaniques. Néanmoins avant de réaliser des pièces structurelles en composites thermoplastiques, une connaissance précise et globale du comportement mécanique est nécessaire aussi bien en statique, qu'en fatigue couplé au vieillissement. Plus particulièrement, au cours des essais de fatigue, lorsque le délaminage, défini comme le décollement entre couches adjacentes se produit, très souvent cela signifie une ruine rapide et totale de la structure. Ainsi, afin d'établir un critère capable de prévoir l'amorçage du délaminage, des essais de fatigue à différents niveaux de contraintes et des essais Arcan-Mines ont été réalisés. Cette étude présente une procédure d'évaluation de la résistance d'interfaces des matériaux composites soumis à des chargements cycliques. Enfin, nous proposons un critère fiable d'initiation au délaminage et sa validation pour le matériau étudié.

Depuis la restriction de l'utilisation du plomb dans l'électronique, les alliages de brasure de type SnPb ont été remplacés majoritairement par des alliages de type SnAgCu (SAC). Des travaux précédents ont révélé un phénomène de vieillissement de ces alliages, caractérisé par une forte variation des propriétés mécaniques et se stabilisant après plusieurs années à température ambiante. L'objectif de ce travail est d'étudier l'influence du vieillissement thermique sur l'endommagement des assemblages électroniques utilisant l'alliage SAC305 sous chargements mécaniques.L'étude s'est d'abord concentrée sur le comportement mécanique du SAC305, puis sur l'endommagement des joints brasés.L'impact du vieillissement sur le comportement mécanique a été évalué à l'échelle massive ainsi qu'à l'échelle d'un joint brasé. L'évolution de la dureté et du comportement mécanique cyclique à température ambiante a été reliée à un phénomène de grossissement de grain. Des essais de compression sur billes en SAC305, représentatives de la structure réelle, ont montré les mêmes évolutions. Deux modèles de comportement viscoplastique ont été développés à l'échelle d'un joint brasé pour l'alliage dans l'état initial et dans l'état vieilli. Des simulations numériques réalisées à l'aide de ces modèles, ont permis de valider cette approche.L'influence du vieillissement sur l'endommagement des joints brasés en SAC305 a été évaluée à l'aide d'essais de torsion cycliques sur cartes assemblées. Les résultats montrent que le vieillissement induit une diminution du nombre de cycles à la défaillance en fatigue oligocyclique, élément très important pour la gestion du risque dans les équipements électroniques

Le traitement endovasculaire (EVAR) de l'anévrisme de l'aorte abdominale (AAA) vise à mettre en place une endoprothèse (EP) au sein du sac anévrismal afin d'éviter sa rupture. Si cette chirurgie a l'avantage d'être mini-invasive et de pouvoir être utilisée pour des patients non éligibles à la chirurgie ouverte classique, il existe cependant plusieurs événements indésirables, pouvant apparaître au cours du suivi du patient. Mieux connaître le comportement mécanique des EPs permettrait ainsi d'améliorer leur conception et leur durabilité, principaux verrous au recours systématique à l'EVAR. Ainsi, une méthode de modélisation numérique multi matériaux des EPs a été développée. Les modèles numériques d'EPs ont été validés à partir d'une analyse d'images 3D obtenues par tomographie aux rayons X, montrant ainsi leur fiabilité. Les performances mécaniques de plusieurs EPs disponibles sur le marché ont ensuite été évaluées sur différents essais de plus en plus proches des conditions in vivo subies par ces dispositifs. Les EPs ont ainsi été soumises à des essais de flexion pure puis à des essais combinant flexion et pressurisation. La flexibilité des EPs et la réponse mécanique de leurs composants ont été comparées. Il a été montré que l'architecture de l'EP avait une influence significative sur ses performances mécaniques. Enfin, le déploiement des EPs au sein de deux modèles d'anévrismes a été simulé, permettant de mettre en évidence d'autres complications, comme les endofuites de type I. Ces travaux ouvrent ainsi la voie à de nombreuses perspectives, et notamment au développement d'un logiciel d'aide à la décision à destination des chirurgiens.

Les exigences sécuritaires dans le domaine automobile incitent à une connaissance toujours plus approfondie du comportement et de la rupture des polymères utilisés en tant que pièces de structure de l'habitacle. Nous étudions deux polypropylènes couramment utilisés dans ce domaine dans le but de dégager les processus physiques responsables de leur tenue mécanique en vue de la construction d'une loi de comportement pertinente. La caractérisation mécanique de la réponse de ces polymères sous divers types de sollicitations simples et complexes s'appuie sur une méthodologie expérimentale originale et performante alliant des techniques de mesure de champs de déformations et de température.Le comportement des deux polypropylènes en grandes déformations implique plusieurs processus dissipatifs. Un phénomène d'autoéchauffement a ainsi été mis en évidence. Ses conséquences sur les propriétés mécaniques des matériaux sont significatives. Nous avons également observé le développement d'un endommagement se manifestant par la nucléation et la croissance de cavités. Une variable scalaire lui a été associé et mesuré au cours d'un chargement cyclique. L'analyse de ces résultats permet de souligner que la plasticité nos polymères implique une dépendance à la vitesse des propriétés mécaniques ainsi qu'une sensibilité à la pression hydrostatique.L'ensemble de ces observations permet de poser les bases d'une modélisation thermodynamique du comportement et de l'endommagement de cette classe de polymères. L'apport de cette approche a été démontré par la confrontation des résultats expérimentaux à la simulation numérique de la réponse de nos matériaux sous différents modes de chargement.

xx

Les aubes de la turbine haute pression des turboréacteurs ou des turbines terrestres sont des composants importants soumis à des chargements thermomécaniques sévères. Ces aubes sont fréquemment réalisées en superalliage à base de nickel monocristallin. Les modèles de durée de vie actuels décrivent l'amorçage de microfissures, alors que plusieurs études ont montré la nécessité de tenir compte de leur propagation. L'objet de cette thèse était donc de la modéliser par l'approche locale de la rupture en fatigue et en fatigue-fluage. Nous avons d'abord identifié une loi de comportement cristallographique dans des conditions de sollicitation variées. Cette loi a été utilisée pour simuler l'activation des systèmes de glissement en pointe de fissure à haute température sous sollicitations cycliques. Des essais de fissuration à haute température ont alors été réalisés pour comprendre l'influence de plusieurs paramètres. On montre notamment que les effets de l'orientation cristallographique ou de l'environnement sont peu marqués. Deux modèles complémentaires de propagation de fissure sont proposés. Le premier permet d'estimer rapidement la vitesse de propagation en fonction des conditions de chargement. Il s'agit d'un post-traitement de calculs cycliques par éléments finis, utilisable à moyen terme en milieu industriel. Le deuxième modèle permet de simuler le chemin de fissuration, notamment la bifurcation de fissure. C'est un modèle d'endommagement continu. Ces outils ont été validés dans plusieurs conditions de chargement. Ils offrent des perspectives prometteuses d'amélioration des prédictions de durée de vie. L'extension des modèles au cas anisotherme, la modélisation non locale de l'endommagement et la diminution des temps de calcul sont des points sur lesquels des progrès sont possibles.

L'objectif de ce travail est de prédire les évolutions microstructurales se produisant dans le tantale pur lors d'un traitement thermique en fonction de son état microstructural initial. La restauration, la recristallisation et la croissance de grains sont décrites à l'aide d'un modèle en champ moyen qui nécessite une description adéquate de la microstructure, en termes de distributions de tailles de grains et de densités de dislocations équivalentes. La densité de dislocation équivalente moyenne peut être évaluée par une simple mesure de dureté Vickers. L'établissement de la relation dureté-densité de dislocations nécessite l'utilisation d'une loi de comportement basée sur la densité de dislocations équivalente. Les évolutions microstructurales au cours d'un traitement thermique ont été observées et les paramètres pilotant ces phénomènes ont été identifiés à l'aide d'essais originaux comme l'observation in situ de la recristallisation ou l'utilisation d'essais à gradient de déformation pour déterminer le seuil de densité de dislocations équivalente pour déclencher la recristallisation. Des essais plus classiques ont permis d'obtenir des cinétiques de recristallisation dans la gamme 1000°C-1100°C pour différentes microstructures initiales. Les simulations des différents traitements thermiques à l'aide du modèle à champ moyen rendent bien compte des évolutions microstructurales en termes de fraction recristallisée et de taille des grains recristallisés pour des microstructures faiblement déformées ou fortement déformées et fragmentées, en utilisant une description adéquate du type de microstructure initiale. Le modèle devra en revanche être adapté pour traiter le cas de microstructures intermédiaires, en enrichissant non seulement la description de la microstructure initiale mais également celle de l'étape de germination des grains recristallisés. Il deviendra alors capable de prédire les évolutions de microstructures pour tout type de microstructure initiale de tantale.

Le mémoire présente les principaux résultats obtenus dans le domaine des matériaux et assemblages hétérogènes, au sein de trois laboratoires d'accueil. Ils sont regroupés en trois chapitres thématiques mettant en évidence les trois domaines de compétence développés en parallèle au cours de quatorze années de recherche. Dans le premier chapitre, les problématiques étudiées sont abordées du point de vu du procédé. La préoccupation est alors de comprendre comment chacun des paramètres procédé influe sur les caractéristiques des matériaux ou des liaisons, qui peuvent être de nature microstructurale ou mécanique. Le second chapitre se focalise sur les microstructures des matériaux et leurs évolutions, principalement au cours des procédés d'assemblage. Différentes techniques d'analyse sont mises en œuvre pour étudier les microstructures générées lors de l'élaboration du matériau ou de l'assemblage, en relation avec les conditions d'élaboration, pour mieux comprendre les transformations intervenant, éventuellement les prédire, et déduire les effets que ces transformations peuvent avoir sur les caractéristiques mécaniques. Enfin, dans le troisième chapitre, la caractérisation mécanique est la préoccupation majeure, et les effets de l'élaboration et de la microstructure ne sont soulignés que pour préciser leur relation avec les propriétés mécaniques des phases constitutives des matériaux et des assemblages, et des structures qu'ils vont constituer.