Ce travail concerne l'étude de couches minces de " Diamond-Like Carbon " dopés au bore élaborées par ablation laser femtoseconde et nanoseconde. Un des objectifs de cette étude est d'identifier les applications potentielles de ces films en tant qu'élément actif de capteur (par exemple de température). Le deuxième objectif est de corréler la structure et les propriétés des films minces obtenus avec les procédés de dépôt employés. Le premier chapitre présente les éléments constitutifs des couches minces étudiées : le bore et le carbone. Ce chapitre propose également un état de l'art sur les films de DLC purs et dopés et les méthodes d'élaboration existantes. Le deuxième chapitre traite des méthodes expérimentales adoptées pour l'élaboration et l'étude des films. Le troisième chapitre traite des différentes caractérisations structurales et morphologiques réalisées. Il met en avant la nette différence de structure des films obtenus par les deux procédés de dépôt. De plus, il met en évidence la modification structurale due au bore. Le quatrième chapitre présente l'étude des propriétés électriques et mécaniques, ainsi que du comportement tribologique des films. La différence de structure des couches se traduit par de grandes différences de résistivité mais affecte peu le coefficient de frottement. Le dernier chapitre met en évidence l'hétérogénéité structurale des films de DLC purs et se focalise notamment sur les particularités de leur extrême surface. Celle-ci se révèle moins dense et plus conductrice que le reste du film.

Le rôle des constituants au sein des matériaux de friction pour garniture de frein est encore mal connu du fait, d'une part de la complexité des formulations de ces matériaux composites organiques, d'autre part de la sollicitation induite par le freinage qui engendre de multiples phénomènes physiques. Il s'avère donc particulièrement difficile d'établir les liens entre la composition d'une garniture et ses performances. Les travaux ont concerné une garniture de frein industrielle pour véhicule poids lourd. Une étude préalable a été réalisée du point de vue de sa microstructure et de ses constituants, de ses propriétés, de son élaboration et de ses performances en freinage. La démarche expérimentale adoptée a reposé sur le développement i) d'une formulation " modèle ", déduite de la formulation industrielle par simplification de la composition, ii) d'un essai d'usure représentatif de sollicitations de freinage, pour aborder le fonctionnement tribologique des constituants dans une configuration simplifiée. Deux constituants ont été plus particulièrement étudiés, des particules de laiton et des fibres de verre introduites dans la formulation modèle prise en référence. L'analyse des performances a porté sur la compréhension des liens entre les mécanismes de frottement et d'usure, la microstructure et les propriétés des matériaux et leur comportement tribologique

Dans une opération de mise en forme, les propriétés volumiques des matériaux ne sont pas les seules garantes de la réussite du procédé. Les aspects surfaciques, en lien notamment avec les propriétés tribologiques des corps en contact (tôle, lubrifiant, outils) se révèlent tout aussi importants. Il convient en ce sens de maîtriser et optimiser autant que faire se peut les conditions de contact lors d’un glissement entre la tôle et l’outillage afin d’assurer la réussite de l’opération de formage.Ces travaux de thèse portent sur la caractérisation d’une solution alternative de lubrification, nommée AFULudine, par fonctionnalisation de surface à base de molécules organiques ; solution ayant pour ambition de se substituer aux huiles minérales chlorées, performantes dans le travail des aciers inoxydables mais particulièrement nocives pour l’environnement et difficiles d’application.Les caractérisations physico-chimiques de surface (IR, électrochimie, MEB) montrent le greffage effectif d’une couche de molécules chimisorbées en surface de l’oxyde métallique, avec une cinétique de l’ordre de quelques secondes. Celle-ci est recouverte d’amas cristallisés et formés en un second temps pendant la phase d’évaporation du solvant. Des analyses morphologiques des cristaux sont réalisées montrant que leur densité et leur structure sont intimement liées au bon comportement tribologique de la surface fonctionnalisée.Le comportement tribologique des tôles (substrat en acier inoxydable ferritique K41 – 1.4509) ainsi traitées a été investigué à la fois grâce à un tribomètre d’étirage-plan permettant de découpler les influences de différentes conditions de sollicitations, telles que la pression de contact, la montée en température des outils ou encore l’influence de la déformation plastique à coeur du matériau, mais aussi en conditions réelles, à l’aide d’une presse d’emboutissage semi-industrielle. De manière plus fondamentale, la formation et la stabilité du tribofilm créé à l’interface a été analysé par l’utilisation d’un micro-tribomètre linéaire en géométrie sphère/plan couplé à de la microscopie électronique et des analyses EDS. / During forming processes, bulk properties of material are not the only guarantee in a process achievement. Surfacicalaspects, mainly coupled with tribological properties of bodies in contact (metal sheet, lubricant, tool) prove to be alsosignificant. It is therefore necessary to control and optimize the contact conditions during a sheet/tool sliding in order toguarantee the success of a forming process.The present work concerns a green lubricant solution characterization, named AFULudine, produced by thefunctionalization of the metallic surface with organic molecules. This solution was developed in substitution to the usualmineral oils, effective in stainless steel stamping but deterious for environment.Physicochemical surface characterization (IR, electrochemistry, SEM) show that the grafting of chemisorbed molecules ontothe surface occures in few seconds. This layer is covered by physisorbed and crystallised species which appear during thesolvent evaporation time. Morphological analyses of these crystals show that both density and structure determine thetribological behavior of the functionalized surface.Sheets tribological behavior (stainless steel ferritic grade, 1.4509 - K41) after treatment, has been investigated thanks to astrip drawing tribometer, allowing to dissociate the influence of various sollicitations conditions (such as contact pressure,tools temperature or plastic deformation of the material) and on an industrial scale with an Erichsen press. Fundamentally,tribo-layerʹs formation and stability have been analysed with the use of a linear micro-tribometer (ball on plane type)coupled with electronic microscopy and EDS analyses.

Le remplacement des alliages durs à base cobalt par des alliages à base fer suscite un intérêt croissant pour la protection anti-usure des pièces métalliques fonctionnant dans le circuit primaire d’une centrale nucléaire. Dans le cadre de cette thèse, une étude métallurgique détaillée a été effectuée sur des dépôts épais en Norem 02™ élaborés par le procédé de projection laser.Un affinement significatif de la microstructure du Norem 02™ a été obtenu après optimisation des paramètres du procédé (puissance laser, vitesse de balayage et débit de poudre), par rapport à un procédé concurrent par Plasma à Arc Transféré. Les essais tribologiques montrent que l’amélioration de la microstructure n’empêche cependant pas l’apparition du grippage à 300°C.La deuxième partie de cette étude a été consacrée à l’amélioration du Norem 02™ avec ajout de différents éléments chimiques. Le choix de ces ajouts adéquats a été validé grâce aux tests de frottement réalisés sur des échantillons en Norem 02™ modifié, sous haute contrainte mécanique (1 GPa) et à haute température (300°C). Parmi une dizaine d’éléments d’ajouts testés, l’ajout de titane a permis une transformation complète de la microstructure du Norem 02™. Cette transformation métallurgique a amélioré son comportement tribologique avec un faible coefficient de frottement (<0.3) à 300°C.L’origine de cette amélioration du comportement mécanique du Norem 02-Ti a été étudiée et expliquée par différentes analyses microstructurales (MO, MEB, EDS, EBSD) ainsi que des essais de traction sur des éprouvettes extraites des revêtements épais. / This study aims to substitute the cobalt-based hardfacing alloys with iron-based hardfacing alloys to protect mechanical parts operating in the primary circuit of a pressurized water reactor (PWR)Firstly, a detailed metallurgical study was carried out to characterize a thick deposit on Norem 02™ produced by the laser process (Direct Metal Deposition - DMD). Compared with a classical PTA process, a microstructure refinement was achieved after an optimization of process parameters (laser power, scanning speed and powder flow-rate). However, wear tests show that the improvement of the microstructure does not prevent the occurrence of galling at 300 ° C.The second part of this study is dedicated to Norem 02™ improvement with the addition of various chemical elements. The appropriate additions to this application have been validated by wear tests under high mechanical stress (1 GPa) and at high temperature (300°C). Among a dozen samples of modified Norem 02 ™, the addition of titanium was shown to provide a complete transformation of the initial Norem 02™’s microstructure. This metallurgical transformation improved its tribological behavior with a low friction coefficient (<0.3) obtained at 300 °C.Last, the origin of the mechanical behavior improvement of Norem 02-Ti was studied and explained by microstructural analysis (MO, MEB, EDS, EBSD) and tensile tests on specimens extracted from thick coatings.

Le rôle des constituants au sein des matériaux de friction pour garniture de frein est encore mal connu du fait, d’une part de la complexité des formulations de ces matériaux composites organiques, d’autre part de la sollicitation induite par le freinage qui engendre de multiples phénomènes physiques. Il s’avère donc particulièrement difficile d’établir les liens entre la composition d’une garniture et ses performances. Les travaux ont concerné une garniture de frein industrielle pour véhicule poids lourd. Une étude préalable a été réalisée du point de vue de sa microstructure et de ses constituants, de ses propriétés, de son élaboration et de ses performances en freinage. La démarche expérimentale adoptée a reposé sur le développement i) d’une formulation « modèle », déduite de la formulation industrielle par simplification de la composition, ii) d’un essai d’usure représentatif de sollicitations de freinage, pour aborder le fonctionnement tribologique des constituants dans une configuration simplifiée. Deux constituants ont été plus particulièrement étudiés, des particules de laiton et des fibres de verre introduites dans la formulation modèle prise en référence. L’analyse des performances a porté sur la compréhension des liens entre les mécanismes de frottement et d’usure, la microstructure et les propriétés des matériaux et leur comportement tribologique / The role of the constituents within friction materials for brake lining still largely unknown due to the complexity of these organic composite formulations and to the induced solicitation by braking which generates multiple physical phenomena. Therefore, it is especially difficult to establish the relationship between the composition of a brake lining and its performance. The work has concerned an industrial brake lining for heavy vehicle. A preliminary study was conducted in terms of its microstructure, constituents, properties, elaboration and its braking performance. The experimental approach was based, on the one hand, on the development of a “model” formulation, derived from the simplification of the industrial one and, on the other hand, on a specific wear test representative of braking solicitations, to take up the tribological behaviour of constituents in the framework of a simplified configuration. Brass particles and glass fibres have been particularly studied, introduced into the model formulation taken as a reference. The analysis of performance has focused on understanding the relationship between friction and wear mechanisms, microstructure and properties of materials, and their tribological behaviour