L'importance de l'approche globale à deux paramètres dans l'analyse de mécanique linéaire élastique de la rupture est de plus en plus reconnue pour des évaluations de fracture dans des applications d'ingénierie. La considération du deuxième paramètre, à savoir la contrainte élastique T, ou T-stress en anglais, permet d'évaluer le niveau de confinement à la pointe de la fissure où d'entaille. Il est important de fournir des solutions de la contrainte T pour une pratique géométrie pour employer la mécanique de la rupture à base de contrainte de confinement. Dans la présente recherche, nous fournissant des solutions de la contrainte T pour une entaille en forme de U dans le cas de quatre éprouvettes : CT, DCB, SENT et Tuile Romaine. L'entaille en forme de U est analysée utilisant la méthode d'élément finie par le code de calcul Castem 2000 pour déterminer la distribution de contraintes à la pointe de l'entaille et le long du ligement. Le rapport du profondeur du défaut sur l'épaisseur a été varié : a/w = 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6 et 0.7. Le rayon de l'acuité de l'entaille a été fixé pour toute la géométrie à 0.25 mm. Contrairement aux fissures, il a été trouvé que la contrainte T n'est pas constante et dépend de la distance de la pointe de l'entaille. Pour évaluer cette contrainte dans le cas d'une entaille, une nouvelle méthode, à savoir, la méthode de ligne, inspirée de l'approche de méthode volumétrique proposée par pluvinage a été développée. La méthode est basée sur la détermination d'une contrainte moyenne T sur une distance effective en avant de la pointe de l'entaille. Ainsi, l'approche à deux paramètres a été adoptée pour la mécanique de la rupture à deux paramètres pour les entailles en termes du Facteur d'Intensité de Contraintes d'entaille Kpc et la contrainte moyenne (effective) Teff. La courbe de transférabilité de ténacité à la rupture (Kpc -Teff) dans l'acier de pipeline X52 a été établi. Cette approche a été utilisée avec succès pour évaluer quantitativement le champ des confinements à la pointe de l'entaille pour des différentes géométries et conditions de chargements / The importance of the two-parameter approach in linear eleastic fracture mechanics analysis is increasingly being recognized for fracture assessments in engineering applications. The consideration of the second parameter, namely, the elastic T-stress, allows estimating the level of constraint at a crack or notch tip. It is important to provide T-stress solutions for practical geometries in order to employ the constraint-based fracture mechanics methodology. In the present research, T-stress solutions are provided for a U-shaped notch in the case of four specimens : CT, DCB, SENT and Romain Tile. The U-shaped notch is analyzed using the finite element method by the commercial Castem 2000 software to determine the stress distribution ahead of the notch tip. The notch aspect ratio was varied : a/w = 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6 and 0.7. The notch-tip radius was fixed for all geometries and equal 0.25 mm. In contrast to a crack, it was found that the T-stress is not constant and depends on distance from the notch-tip. To estimate the T-stress in the case of a notch, a novel method, namely, method of line, inspired from the volumetric effective distance ahead of the notch tip. The effective distance corresponds to the point with a minimum of the stress gradient in the fracture process zone. Thus, the two-parameter approach was adopted for the notch two-parameter fracture mechanics in terms of the notch stress intensity factor Kpc and the effective (average) T-stress, Teff. Fracture toughness transferability curve (Kpc-Teff) of X52 pipe steels has been established. This approach was successfully used to quantify the constraints of notch-tip fields for various geometries and loading conditions. Moreoveer, the proposed T-stress estimation creates a basis to analyse the crack path under mixed mode loading from viewpoint of the two-parameter fracture mechanics

La formation et la morphologie des boîtes quantiques est un sujet d'un grand intérêt, ces structures ayant de nombreuses application potentielles, en particulier en microélectronique et optoélectronique. Cette thèse porte sur l'étude théorique et numérique de la croissance et de la morphologie d'ilots par épitaxie par jet moléculaire. Un premier modèle de croissance est une étude non-linéaire de l'instabilité de type Asaro-Tiller-Grinfeld, il convient pour les systèmes à faibles désaccords de maille, et est plus spécifiquement appliquée au cas où le désaccord de maille est anisotrope (voir le cas du GaN sur AlGaN). Le calcul de l'instabilité que nous avons effectué prend en compte les effets élastiques causés par le désaccord de maille, les effets de mouillage et les effets d'évaporation. La résolution numérique de l'instabilité nous permet de constater une croissance plus rapide dans le cas anisotrope comparé au cas isotrope, ainsi que la croissance d'ilots fortement anisotropes.Le deuxième modèle est basé sur des simulations Monte Carlo cinétiques, qui permettent de décrire la nucléation d'ilots 3D. Ces simulations sont utilisées pour les systèmes à fort désaccord de maille, comme Ge sur Si. Nos simulations prennent en compte la diffusion des adatomes, les effets élastiques, et un terme simulant la présence de facettes (105). Des ilots pyramidaux se formaent, conformément aux expériences et subissent un mûrissement interrompu. Les résultats obtenus ont été comparés au cas de la nucléation 2D, et on retrouve en particulier une densité d'ilots en loi de puissance par rapport au rapport D/F du coefficient de diffusion et du flux de déposition. / The growth and morphology of quantum dots is currently a popular subject as these structures have numerous potential uses, specifically in microelectronics and optoelectronics. Control of the size, shape and distribution of these dots is of critical importance for the uses that are being considered. This thesis presents a theoretical and numerical study of the growth of islands during molecular beam epitaxy. In order to study these dots, we used two models : a nonlinear study of an Asaro-Tiller-Grinfeld like instability, and kinetic Monte Carlo simulations. The first model is appropriate for low misfit systems, and is detailed in the case where misfit is anisotropic (this is the case when depositing GaN on AlGaN). In this case we took into account elastic effects, wetting effects and evaporation. Numerical calculations show faster growth, compared to the isotropic misfit case, and the growth of strongly anisotropic islands.The second model is based on kinetic Monte Carlo simulations that can describe 3D island nucleation. We use these simulations to study systems with high misfits, specifically Ge on Si. Adatom diffusion on a surface is considered and takes into account elastic effects, and surface energy anisotropy, that allows us to stabilize (105) facets. Simulation results show the growth of pyramid-shaped 3D islands, as observed in experiments, and their ripening is interrupted. The results of these simulations are then compared to the case of 2D nucleation, and we find that several of the known 2D properties also apply to 3D islands. Specifically, island density depends on a power law of D/F, the diffusion coefficient divided by the deposition flux.

Le but de cette thèse est l'étude théorique de la dynamique du murissement des boites quantiques auto-organisées. Pour cela, nous déduisons en utilisant les outils de la mécanique des milieux continus, une équation pour l'évolution spatio-temporelle d'un film cristallin en hétéroépitaxie en prenant en compte les effets de diffusion de surface, les effets élastiques, les effets capillaires et les effets d'anisotropie d'énergie de surface. Nous étudions tout d'abord la morphologie 2D et la dynamique de boites quantiques isotrope et anisotrope. Dans chaque cas, nous trouvons de manière quasi analytique une famille continue de solution qui décrit la forme et la taille des ilots. Ces solutions sont en accord avec nos simulations numériques. Dans les deux cas, nous trouvons que le temps de murissement dépend linéairement de la distance entre ilots et en particulier dans le cas anisotrope nous mettons en évidence le fait que le temps de murissement est soit réduit ou soit accéléré en fonction de la hauteur des pair d'ilots. Dans un second temps, motivé par des résultats expérimentaux sur les boites quantiques de GaN, nous étudions la dynamique tridimensionnelle d'ilots avec une énergie d'énergie de surface avec symétrie hexagonale. Nos simulations numériques montrent que le temps de murissement est fortement réduit dû à la présence de l'anisotropie d'énergie de surface et qu'une transition entre des ilots hexagonaux et allongés apparait en fonction de l'épaisseur du film. Finalement, nous prenons en compte dans notre modèle numérique la présence de l'évaporation préférentielle et nous mettons en évidence la présence d'ilots sans couche de mouillage. Ces ilots sont observés expérimentalement et ont une haute efficacité d'émission par photoluminescence dans le spectre UV. / The aim of this thesis is to theoretically study the coarsening dynamics of self-organized quantum dots. To this end, we derive the spatio-temporal evolution equation for a hetero-epitaxial system which takes into account surface diffusion, elastic effect, capillary effect and anisotropic effect, using the continuous mechanics framework. We first investigate theoretically the 2D morphology and the dynamics of an isotropic and an anisotropic system of self-organized islands (quantum dots). In both cases, we find a quasi-analytical continuous family of solution which describes the shape and the size of the islands and is favorably compared to our numerical simulations. We find in both cases that the coarsening time depends linearly on the distance between the islands and remarkably that in the anisotropic case the coarsening time can be reduced or accelerated depending on the islands heights. Secondly, motivated by experimental results on GaN quantum dots we study a three-dimensional system with a hexagonal surface energy anisotropy symmetry. Our numerical simulations reveal that the coarsening time is strongly slowed down due to the presence of the surface energy anisotropy and that a transition from hexagonal to elongated islands appears as the initial height of the film increases. Finally, we include the effect of preferential evaporation and we recover islands without a wetting layer that are observed experimentally and have a high photo-luminescence emission efficiency in the UV spectrum.