Dans le cas des matrices polymères à fibres, les efforts sont transférées de la matrice aux renforts par une zone tridimensionnelle appelée interphase. Ses propriétés résultent des interactions physico-chimiques des composants. Deux difficultés SE PRODUISENT : tout d'abord, la nécessité d'étudier l'interphase une fois que le composite est fabriqué et en second lieu, sa taille qui varie d'un nanomètre à quelques micromètres. Cette étude a pour but de mettre au point un protocole de caractérisation des propriétés mécaniques d'une interphase d'un microcomposite. Les champs de déformations, obtenus par dérivation numérique des champs de déplacements expérimentaux, sont traités par une approche inverse, telle que la méthode des champs virtuels, pour permettre l'identification des rigidités du matériau composant l'interphase. Deux techniques expérimentales ont été mises en place pour mesurer le champ de déplacement dans l'interphase pendant un essai de traction : une adaptation du moiré interférométrique (résolution spatiale micrométrique) et la corrélation d'images numériques avec un microscope à grande distance frontale (analyse subpixel). Une comparaison est faite entre ces deux techniques pour cette étude. Le champ des déformations est analysé par la méthode des champs virtuels afin de déterminer les paramètres régissant la loi du comportement de l'interphase.

Le Zircaloy-4 est un alliage de zirconium utilisé dans la fabrication des tubes de gainage de combustible nucléaire. Durant la période de fonctionnement, l'oxydation des tubes par l'eau du circuit primaire engendre une diffusion d'hydrogène dans le Zircaloy qui peut ensuite précipiter sous forme d'hydrures de zirconium selon la limite de solubilité de l'hydrogène dans le zirconium à la température considérée. La fragilisation induite par la précipitation d'hydrures dépend de nombreux paramètres, notamment de la teneur en hydrogène et de l'orientation des hydrures par rapport à la sollicitation. Ce travail de thèse a consisté à étudier l'influence de la présence d'hydrures radiaux pour deux teneurs en hydrogène (200 et 500 ppm) à température ambiante, sur les modes de déformation, d'endommagement et de rupture du matériau dans sa finition industrielle, le Zircaloy-4 détendu. Pour cela, des essais de traction sur anneau ont été réalisés, au cours desquels la technique de corrélation d'images numériques a été utilisée pour accéder aux champs de déformation, à l'échelle globale (essais macroscopiques) ou à l'échelle locale (essais in-situ sous MEB). L'étude des champs de déformation macroscopique et des faciès de rupture nous permet de distinguer trois classes parmi les différentes configurations étudiées : d'abord, les échantillons dont la rupture est ductile, ceux pour lesquels elle est fragile et enfin ceux dont la rupture est fragile après déformation ductile. Les champs de déformation locaux en revanche ne sont pas notablement modifiés par la présence d'hydrures. Certaines informations issues des champs de déformation macroscopique ainsi que des données quantitatives sur la distribution d'orientation des hydrures obtenues par analyse d'images, ont permis de formuler un critère de rupture pour le matériau hydruré à 200 ppm. Ce critère basé sur la mécanique de l'endommagement non-couplé permet de reproduire les courbes de comportement obtenues expérimentalement pour les trois distributions d'orientation des hydrures étudiées.

Depuis ces dernières décennies, les matériaux composites sont de plus en plus utilisés dans l'aéronautique. Notamment, les composites tissés 3D présentent des caractéristiques matériau hors-plan intéressantes par rapport aux stratifiés. Cette technologie est développée pour les aubes FAN des moteurs d'avion. La difficulté réside dans l'identification et la validation du modèle orthotrope élastique macroscopique du pied d'aube. En effet, l'hypothèse de séparation des échelles pour l'obtention des paramètres matériau macroscopique par homogénéisation n'est pas clairement vérifiée au sein du pied d'aube comportant plusieurs zones matériau. Le composite tissé 3D formant le pied d'aube est un matériau multi-échelle complexe. Les travaux de thèse ont donc été menés afin de proposer une identification des paramètres du modèle basée sur la mesure de champs de déplacements par Corrélation d'Images Numériques (CIN) et sur la méthode d'identification de recalage de modèles éléments finis (FEMU). Cette identification a pris en compte l'influence du bruit du capteur CCD présent sur les images servant à la CIN sur l'identification des paramètres matériau. Du fait du grand nombre de paramètres matériau à identifier et des éventuels couplages entre ceux-ci, il apparaît que quelques uns ne peuvent pas être identifier à travers l'essai de traction étudié. Par conséquent, une régularisation de la FEMU a été proposée basée sur la connaissance a priori des valeurs nominales et de leur incertitude. Celle-ci consiste en une pondération intelligente vis-à-vis des données issues de l'essai afin de faire tendre les paramètres non identifiables vers leur valeur nominale. Finalement, la qualité de l'identification a été quantifiée grâce aux incertitudes sur les paramètres matériau identifiés et grâce aux cartes de résidus d'identification basées sur les images. Ces cartes traduisent la capacité du champ de déplacement calculé par le modèle éléments finis identifié à corriger l'image déformée pour la recaler sur l'image de référence, images sur lesquelles la mesure par CIN est effectuée. Ces cartes de résidus et les incertitudes obtenues permettent ainsi de valider le modèle éléments finis proposé et le cas échéant de mettre en lumière ses insuffisances. Remettre en cause les valeurs nominales ou la modélisation (par exemple le zonage matériau) pour aboutir à une description compatible avec l'expérience reste du ressort de l'ingénieur. Le travail présenté ici lui permet d'éclairer au mieux ses choix.

Les techniques de mesure de champs, et en particulier celles basées sur la Corrélation d'Images Numériques (CIN), sont matures et reconnues pour la détermination de déplacements d'objets quelconques, en deux ou trois dimensions. Ces travaux ont pour objet le développement d'essais et de techniques d'identification associées, en s'appuyant sur les méthodes de mesure par CIN, pour permettre l'évaluation des caractéristiques mécaniques d'un liner en titane T35, développé pour des applications spatiales. Des essais de traction uniaxiale sont tout d'abord utilisés pour déterminer le comportement élastoplastique du T35. Plusieurs méthodes d'identification sont comparées. En particulier, il est proposé d'étendre la corrélation d'image dite "intégrée" aux cas élastoplatiques. Cette méthode permet d'évaluer à la fois les déplacements du solide observé et les paramètres mécaniques des matériaux le constituant. Elle est comparée à une méthode de recalage de référence. L'étude se porte ensuite sur l'analyse de l'amorçage des fissures dans le liner. Les chargements cycliques du réservoir imposent à la tôle une déformation biaxiale cyclique en traction-compression de quelques pourcents, qui a été reproduite expérimentalement dans une machine multiaxiale. Cette partie a notamment nécessité le développement d'un essai triaxial à rapport de charge négatif sur tôle mince. Une estimation de la limite d'amorçage a été obtenue pour les niveaux de déformation visés. Enfin, la fissuration du liner a été étudiée par des techniques d'analyse dédiées. Certaines de ces techniques sont comparées quantitativement, afin d'étudier leurs capacités et limitations respectives. Des lois de propagation de type Paris ont été identifiées directement à partir d'images du voisinage de la fissure.

Une technique de corrélation d'images numériques (DIC) a été adaptée à l'étuded'échantillons de glace polycristalline colonnaire, afin de caractériser le développementdes hétérogénéités de déformation à une échelle intragranulaire au cours du fluage transitoireen compression. Ces hétérogénéités sont dues à la grande anisotropie viscoplastiquedu cristal de glace (avec un seul plan de glissement facile pour les dislocations), qui estresponsable d'interactions fortes entre les grains voisins lorsque l'échantillon se déforme,et de la mise en place de fortes contraintes internes. L'orientation particulière des plans deglissement et la structure colonnaire des échantillons, sans gradient de microstructure dansl'épaisseur, permet de considérer la déformation plastique essentiellement dans le plan.Les champs de déformation mesurés en surface peuvent donc être considérés en premièreapproximation comme représentatifs de tout le volume de l'échantillon. Les orientationscristallographiques, et désorientations locales à l'échelle intragranulaire, ont également étémesurées avec un analyseur optique de texture, avant et après déformation.De très fortes localisations de la déformation sont mises en évidence par la DIC;les déformations équivalentes locales peuvent atteindre plus de dix fois la valeur macroscopique.La structure des motifs de localisation évolue peu durant le régime de fluagetransitoire et elle est caractérisée par des bandes de localisation qui traversent l'échantillonobliquement, sur des distances allant jusqu'à dix fois la taille des grains. La corrélationentre le facteur de Schmid du plan de glissement d'un grain et sa déformation locale esttrès faible : l'agencement local des grains et les interactions intergranulaires jouent doncun rôle primordial dans la distribution spatiale des déformations. A l'échelle du grain, lesfortes désorientations de réseau ont été associées aux composantes locales du déplacement.On a montré en particulier que les distorsions sous forme de "bandes en genou" (ou kinkbands) étaient corrélées à un déplacement le long de l'axe c du grain, mesuré par DIC.Les microstructures expérimentales ont été implémentées dans un modèle plein champFFT qui simule le comportement élasto-viscoplastique des polycristaux (code CraFT).Les champs de déformation simulés présentent globalement les mêmes caractéristiquesque les champs expérimentaux. En particulier, la majorité des zones de localisation dela déformation sont bien reproduites, spatialement et en intensité. Cependant, il n'a pasété possible de reproduire le comportement macroscopique des échantillons à la décharge.La déformation retardée effective est d'un ordre de grandeur inférieure à celle mesuréeexpérimentalement. Il est probable que cette limitation soit liée à l'e↵et du champ descontraintes internes, généré par la structure des champs de dislocations, et qui n'a pas étépris en compte dans la loi de comportement.

Une technique de corrélation d’images numériques (DIC) a été adaptée à l’étuded’échantillons de glace polycristalline colonnaire, afin de caractériser le développementdes hétérogénéités de déformation à une échelle intragranulaire au cours du fluage transitoireen compression. Ces hétérogénéités sont dues à la grande anisotropie viscoplastiquedu cristal de glace (avec un seul plan de glissement facile pour les dislocations), qui estresponsable d’interactions fortes entre les grains voisins lorsque l’échantillon se déforme,et de la mise en place de fortes contraintes internes. L’orientation particulière des plans deglissement et la structure colonnaire des échantillons, sans gradient de microstructure dansl’épaisseur, permet de considérer la déformation plastique essentiellement dans le plan.Les champs de déformation mesurés en surface peuvent donc être considérés en premièreapproximation comme représentatifs de tout le volume de l’échantillon. Les orientationscristallographiques, et désorientations locales à l’échelle intragranulaire, ont également étémesurées avec un analyseur optique de texture, avant et après déformation.De très fortes localisations de la déformation sont mises en évidence par la DIC;les déformations équivalentes locales peuvent atteindre plus de dix fois la valeur macroscopique.La structure des motifs de localisation évolue peu durant le régime de fluagetransitoire et elle est caractérisée par des bandes de localisation qui traversent l’échantillonobliquement, sur des distances allant jusqu’à dix fois la taille des grains. La corrélationentre le facteur de Schmid du plan de glissement d’un grain et sa déformation locale esttrès faible : l’agencement local des grains et les interactions intergranulaires jouent doncun rôle primordial dans la distribution spatiale des déformations. A l’échelle du grain, lesfortes désorientations de réseau ont été associées aux composantes locales du déplacement.On a montré en particulier que les distorsions sous forme de ”bandes en genou” (ou kinkbands) étaient corrélées à un déplacement le long de l’axe c du grain, mesuré par DIC.Les microstructures expérimentales ont été implémentées dans un modèle plein champFFT qui simule le comportement élasto-viscoplastique des polycristaux (code CraFT).Les champs de déformation simulés présentent globalement les mêmes caractéristiquesque les champs expérimentaux. En particulier, la majorité des zones de localisation dela déformation sont bien reproduites, spatialement et en intensité. Cependant, il n’a pasété possible de reproduire le comportement macroscopique des échantillons à la décharge.La déformation retardée effective est d’un ordre de grandeur inférieure à celle mesuréeexpérimentalement. Il est probable que cette limitation soit liée à l’e↵et du champ descontraintes internes, généré par la structure des champs de dislocations, et qui n’a pas étépris en compte dans la loi de comportement. / A Digital Image Correlation (DIC) technique has been adapted to polycrystalline icespecimens in order to characterize the development of strain heterogeneities at an intra-granular scale during transient creep deformation. These heterogeneities are due to thestrong viscoplastic anisotropy of the ice single crystal (with only one easy glide planefor dislocations), inducing strong mechanical interactions between adjacent grains duringdeformation, and the establishment of strong internal stresses. Specimens exhibit a co-lumnar microstructure so that plastic deformation is essentially 2-D with few in-depthgradients, and therefore surface DIC analyses are representative for the whole specimenvolume. Local misorientations at the intragranular scale were also extracted from mi-crostructure analyses carried out with an automatic texture analyzer before and afterdeformation. Highly localized strain patterns are evidenced by the DIC technique. Localequivalent strain can reach values as high as one order of magnitude larger than the ma-croscopic average. The structure of the strain pattern does not evolve signicantly withstrain during the transient creep regime. Almost no correlation was measured betweenthe local strain and the Schmid factor of the slip plane of the underlying grain ; thishighlights the importance of the mechanical interactions between neighboring grains. Atthe grain scale, the strong lattice misorientations have been associated to the local com-ponents of the displacement. In particular, kink band distortions could be correlated to adisplacement along the c-axis measured by DIC. The experimental microstructures wereintroduced into a full-eld FFT model that simulates the behaviour of elasto-viscoplasticpolycrystals (CraFT code). The simulated deformation elds present globally the samecharacteristics as the experimental ones. Most of the localization bands are well repro-duced, spatially and quantitatively. However, we could not reproduce the macroscopicbehaviour of the specimens upon unloading. The predicted recovery eective strain is oneorder of magnitude lower than the measured one. This limitation might be linked withthe internal stress eld induced by the dislocation structure, which is not explicitly takeninto account in the local constitutive relation.

Cette étude porte sur l’analyse de l’influence de l’eau sur des composites chanvre/époxy. Deux résines ont été utilisées, l’une 100 % pétrochimique (Epolam) et l’autre partiellement bio-sourcée (Greenpoxy). L’absorption d’eau d’éprouvettes de composites tissés a d’abord été suivie par des mesures gravimétriques. Les résultats ont mis en évidence une cinétique d’absorption de type Langmuir dépendant de plusieurs paramètres (types de résine, de fibres et de tissu, fraction volumique de fibres et épaisseur). Des essais de DMA et DSC sur les résines ont montré un effet plastifiant de l’eau ainsi qu’une modification irréversible de leurs propriétés après le vieillissement hydrique. Des observations microscopiques réalisées sur le composite et à l’échelle du fil ont permis de détecter que des fissures entre les fibres de chanvre et la matrice époxy apparaissent et se développent dès le début de la désorption. De surcroît, des observations en photoélasticimétrie ont montré une réorganisation des contraintes internes irréversible due à ces endommagements. Des essais de traction quasi-statiques ont ensuite été réalisés sur des composites tissés et sur les résines seules. Le vieillissement hydrique modifie les grandeurs mécaniques ainsi que l’évolution des endommagements, suivie par émission acoustique et tomographie X.Pour mieux appréhender le comportement de l’interface fil/matrice, différents tests ont été développés sur des éprouvettes monofilamentaires spécifiques dans lesquelles le fil est orienté à 45° ou 90° par rapport à l’axe de sollicitation. Tout d’abord, des tests de nanoindentation ont été effectués de manière à mesurer in situ les propriétés de chaque constituant des composites avant et après vieillissement hydrique. Un second type de test basé sur le principe du choc laser a été utilisé pour déterminer la qualité de l’adhérence entre le fil et la résine. Enfin, des essais de traction sur micromachine sous microscope optique ont été mis au point dans le but de mesurer les champs de déformations par corrélation d’images. Les résultats ont démontré que les déformations locales sont plus importantes après un vieillissement hydrique et que ce phénomène est plus accentué dans le chanvre/Greenpoxy que dans le chanvre/Epolam. Le développement d’un modèle numérique simplifié a permis d’approcher la loi de comportement locale des différents constituants du composite et d’étudier l’évolution des modules après vieillissement. / This study deals with the analysis of the influence of water on hemp/epoxy composites. Two resins have been used, one being 100 % petrochemical (Epolam) and the other one partially bio-based (Greenpoxy). The water absorption of the woven composites have been measured with gravimetric analyses. The results showed a Langmuir-type absorption, and depends on several parameters (type of resin, fibres and fabric, fibre ratio and thickness). DMA and DSC tests realised on resins showed the plasticizing effect of water and an irreversible modification of their properties after the water ageing. Microscopic observations of the composite at the yarn scale helped to detect that cracks between hemp fibres and epoxy matrix appear and develop right from the start of the desorption. Moreover, observations by photoelasticimetry showed an irreversible reorganisation of internal stresses due to this damage. Next, quasi-static tensile tests have been performed on woven composites and resins. The water ageing has modified the mechanical properties of the materials as well as the evolution of damage, which has been studied by acoustic emission and X-ray tomography.For a better understanding of the yarn/matrix interface behaviour, different tests have been developed with specific single yarn composites, in which the yarn is oriented at 45° or 90° in regard to the main axis of the specimen. First, nanoindentation tests have been performed, to measure the properties in situ of each component of the composites before and after water ageing. A second type of tests, based on the laser shock wave method, has been used to determine the quality of adhesion between the yarn and the resin. Finally, tensile tests on a micromachine under an optical microscope have been developed with the aim of measuring strain fields by digital image correlation. The results demonstrated that local strains are higher after a water ageing and that this phenomenon is more pronounced in the hemp/Greenpoxy than in the hemp/Epolam. The development of a finite element model led to estimate the local constitutive law of the different components of the composites and to study the evolution of the modulus after the ageing.

Une méthode de corrélation d'images numériques adaptée aux mesures cinématiques dans les polycristaux a été développée dans ce travail, dans le but d'identifier les paramètres de lois de plasticité cristalline. Des mesures de champs 2D sont réalisées à la surface d'un polycristal d'acier austénitique 316LN, à partir d'une série d'images acquises au Microscope Electronique à Balayage (MEB) au cours d'un essai de traction monotone in-situ, et pour différentes tailles moyennes de grains. Pour permettre la corrélation d'images, un mouchetis adapté à l'échelle microscopique est au préalable déposé à la surface de l'éprouvette par une technique de microlithographie. Les distorsions spatiales liées à l'imagerie MEB et à la technique de marquage sont quantifiées. La connaissance de la microstructure en surface par diffraction des électrons rétrodiffusés permet de réaliser les mesures cinématiques en utilisant un maillage éléments finis non-structurés s'appuyant sur les joints de grains ou de macles. Ce même maillage est ensuite utilisé pour la simulation de chaque essai de traction sur la microstructure expérimentale, avec comme conditions aux limites les déplacements nodaux mesurés au cours du temps sur les bords du domaine. Deux lois de plasticité cristalline d'approche locale sont alors considérées pour simuler les hétérogénéités des déformations observées : la loi de Méric-Cailletaud et la loi DD-CFC développée à EDF R&D et davantage basée sur la physique. Des comparaisons entre la mesure et la simulation sont menées, en termes de déplacements, de déformations, mais aussi de systèmes de glissement activés. Finalement, une méthode inverse d'identification des paramètres de loi est proposée, se basant sur le recalage à la fois des champs de déplacements locaux et du comportement homogène du matériau. Les paramètres de l'écrouissage isotrope de la loi de Méric-Cailletaud sont ainsi identifiés pour différentes tailles moyennes de grains. Il est également montré que certain coefficients de la matrice d'interaction entre systèmes de glissement peuvent être estimés. / A digital image correlation procedure adapted to kinematic measurements in polycrystals has been developed in this work to identify parameters of crystal plasticity laws. 2D kinematic measurements are performed on the surface of 316LN austenitic steel polycrystals from a sequence of images acquired using a Scanning Electron Microscope (SEM) during in-situ tensile tests for various mean grain sizes. To enable digital image correlation, a speckle adapted to the microscopic scale is deposited onto the specimen surface by a microlithography process. Spatial distortions resulting from both patterning and SEM imaging techniques are quantified. The knowledge of the microstructure at the surface by electron backscattered diffraction allows for kinematic measurements to be performed using an unstructured finite element mesh taking as support the grain or twin boundaries. This same mesh is then used for the simulation of each tensile test on the experimental microstructure with the measured nodal displacements prescribed as boundary conditions with their time evolution. Two local crystal plasticity laws are considered to simulate the observed strain heterogeneities, namely, the Méric-Cailletaud model and the DD-CFC law developed at EDF R&D. Comparisons between measurements and simulations are performed in terms of displacements, strains but also activated slip systems. Last, an inverse identification method is proposed for the identification of the sought constitutive parameters based on both the local displacement fields and the material homogenized behavior. The parameters associated with isotropic hardening of Méric-Cailletaud law are thus identified for various mean grain sizes. It is also shown that some of the interaction parameters of slip systems can be estimated.

Le comportement hydro-mécanique des roches argileuses indurées étudiées par l'ANDRA, pour la faisabilité de l'enfouissement des déchets radioactifs, est identifié expérimentalement à différentes échelles complémentaires dans le but de fournir des éléments pour l'élaboration future de modèles micromécaniques. La localisation spatiale et temporelle des déformations et de l'endommagement est analysée par des mesures de champs (corrélation d'images numériques) et par l'enregistrement d'émissions acoustiques. Les évolutions de la roche au cours des succions sont revisitées de par les apports des observations de la microstructure et des mesures locales de déformations associées aux évolutions de masse. Aux faibles humidités, la perte d'eau induit de la contraction avec refermeture des fissures existantes. Pour les fortes humidités, du gonflement est associé à de la prise d'eau. L'ouverture des fissures existantes et la création d'un nouveau réseau de fissures (de taille millimétrique et d'ouverture de la dizaine de micromètres) contribuent au gonflement apparent observé. Les caractéristiques mécaniques apparaissent dépendantes de la microstructure initiale de la roche (argilosité) et de la microstructure induite par les transferts hydriques (fissuration hydrique). Les états secs présentent des déformations réparties de façon homogène à l'échelle macroscopique et en lien avec la nature hétérogène des phases minérales à l'échelle locale. A cette échelle, la déformabilité est maximale pour les zones à prédominance argileuse. Pour les états humides, aussi bien globalement que localement, la distribution des déformations est hétérogène, dictée à la fois par la microstructure composite de la roche et par la présence du réseau de fissures hydriques.

La lubrification des paliers compliants tels les paliers de bielle doit prendre en compte les effets hydrodynamiques ainsi que les déformations élastiques des structures. Pour pouvoir juger de la validité des modèles numériques existants, des comparaisons avec des phénomènes réels doivent être faites. De telles comparaisons nécessitent l'utilisation de dispositifs expérimentaux et de méthodes de mesure. <br />Afin d'effectuer une comparaison avec les résultats numériques, un dispositif expérimental original a été réalisé. Ce dispositif respecte la cinématique du système bielle ‑ manivelle et utilise des modèles schématiques de bielle. Il fournit des résultats sur les phénomènes élastohydrodynamiques sous chargement dynamique.<br />Les méthodes de mesure utilisées sont la photoélasticimétrie et la corrélation d'images numériques. La première est utilisée pour visualiser l'état des contraintes généré dans la structure du modèle de bielle par la pression du film de lubrifiant et la seconde sert à mesurer l'épaisseur du film d'huile dans le palier. <br />La comparaison avec la modélisation numérique montre une très bonne concordance entre le réseau de franges d'isochromes visualisé expérimentalement et celui calculé numériquement. Quant à l'épaisseur de film, la concordance est bonne sur tout le cycle sauf sur 30° d'angle de vilebrequin avant et après l'explosion. Cette non-concordance est mise au compte de la viscoélasticité du matériau. <br />La partie numérique de ce travail consiste en l'étude des phénomènes d'écrasement du film de lubrifiant par la modification du code de calcul existant. Après une comparaison avec une étude simple analytique, qui valide la justesse de la modélisation numérique, le problème de la lubrification des paliers de pied de bielle est abordé. L'influence des divers caractéristiques telles que l'élasticité de l'arbre, la piézoviscosité du lubrifiant, la position des cuvettes d'alimentation, est également étudiée.