Les aciers de structures sont sujets aux phénomène de vieillissement sous déformation qui se traduit, par exemple, par des modifications de la limite d'élasticité, une augmentation du durcissement et une diminution de la ductilité. Le vieillissement statique est associé aux pics et aux paliers de Lüders, tandis que le vieillissement dynamique est associé à l'effet Portevin - Le Chatelier, responsable de la localisation de la plasticité et des instabilités mécaniques. L'origine de ces comportements macroscopiques provient des interactions fortes à l'échelle atomique entre les atomes de soluté, et en particulier le carbone, et les dislocations. Ce travail de thèse se propose de caractériser l'interaction entre un atome de carbone en site interstitiel octaédnque et une dislocation vis par des simulations numériques à l'échelle atomique, Les propriétés des dislocations dans le fer cubique centré étant étroitement liées à la structure de cœur des dislocations, structure dépendant elle-même fortement du potentiel interatomique utilisé, ce travail a été effectué à l'aide d'un potentiel d'interaction empirique récemment mis au point et qui reproduit correctement la structure non dégénérée du cœur de la dislocation vis, comme le prédisent les calculs ab initio, Dans un premier temps, do:s calculs de statique moléculaire ont permis de déterminer les énergies d'interaction entre la dislocation et le carbone pour diverses positions de ce dernier. Une étude dynamique a ensuite été menée permettant de déterminer de manière qualitative l'influence du carbone sur le mouvement de la dislocation et le développement des mécanismes fondamentaux de la plasticité. Les simulations effectuées dans le cadre de cette thèse s'inscrivent dans la démarche de la modélisation multi-échelles dont l'objectif à long terme est de prédire l'évolution des propriétés des matériaux en se basant sur des mécanismes physiques élémentaires décrits depuis les échelles atomiques, / Carbon is one of the most frequent foreign interstitial atoms in the iron matrix, The presence of even a very little amount of these impurities can have a drastic inl1uence on the steel properties, It is well know that the strong interaction between interstitial solute carbon atoms and dislocations drive many mechanical properties of steels, ln partieular, it has important effects on the yield stress and is responsible of mechanical instabilities observed during the static strain ageing, which implies the formation of Cottrell atmosphere (Lüders' band), and the dynamic strain ageing, which occurs generally at high temperature and involves a competitive motion of dislocations and interstitial atoms (Portevin - Le Chatelier effect). This thesis work aims at characterizing the interaction between an interstitial carbon atom and a dislocation by means of numerical simulations at the atomistic scale. Since the properties of dislocations in body-centered cubic iron rely mainly on the dislocation core structure which depends on the interatomic potential used, this work has been carried out with a newly designed empirical potential which describes correctly the non degenerated screw dislocation core structure, as predicted by ab initio calculations. ln a first part, molecular statics has been used to determine the binding energy between the screw dislocation and a carbon atom, placed in different positions, ln a second part, dynamical simulations have been performed by applying a constant shear strain to the simulation box which makes the dislocation move on its gliding plane, ln the course of these simulations, 3 types of behaviour were observed, When the dislocation arrives close to the carbon atom, it can keep moving on its plane, ln a second scenario, the dislocation changes of slip plane, this is a typical exemple of cross slip. ln the 3rd type of behaviour, it is the carbon atom which moves when the dislocation is too close to it. It can jump to an adjacent octahedral site of the same plane or move onto another plane, The kind of behaviour observed depends on the local structure of the dislocation core in the vinicity of the carbon atom which intluence can be felt only lor short interaction distances. The simulations carried out in the frameworks of this thesis, are part of a multiscale modeling approach, which aims at predicting the evolution of material properties, based on the knowledge of the atomic structure and properties of elementar processes, i,e, processeses occuring at the atomic level.

De nouvelles données structurales dans l'ouest de la Cordillère Bétique (Espagne) ont permis d'identifier deux couloirs décrochants, qui ont accommodés le mouvement progressif vers l'ouest du domaine Alboran, et les modes de déformations dans la croûte et le manteau (péridotites de Ronda) durant une phase d'amincissement lithosphérique intense. De nouvelles données géochronologiques précisent l'âge des stades de l'évolution tectonique de l'arc de Gibraltar : 'exhumation du manteau avant 22.5 Ma et le chevauchement vers l'ouest à partir de 20 Ma / The thesis focuses on the Western Betics, which is characterized by two major thrusts: 1/ the Internal/External Zone Boundary limits the internal metamorphic domain (Alboran Domain) from the fold-and-thrust belts inthe External Zone, and 2/ the Ronda Peridotites Thrust allows the juxtaposition of a hyperstretched lithosphere with large bodies of sub-continental mantle rocks on top of upper crustal rocks. First part: New structural data are presented and used to argue for two Lower Miocene E-W-trending strike-slip corridors played a major role in the deformation pattern of the Alboran Domain, in which E-W dextral strike-slip faults, N60°-trending thrusts and N140°-trending normal faults developed simultaneously during dextral strike-slip simple shear. The inferred continuous westward translation of the Alboran Domain is accommodated by a major E-W-trending lateral ramp (strike-slip) and a N60°-trending frontal thrust. At lithosphere-scale, we interpret the observed deformation pattern as the upper-plate expression of a lateral slab tear and of its westward propagation since Lower Miocene. The crustal emplacement of the Ronda Peridotites occurred at the onset of this westward motion. Second part: New structural data together with Ar-Ar ages serve to document the changes in deformation processes that accommodate the progressive necking of a continental lithosphere. We identify three main successive steps. First, a mid-crustal shear zone and a crust-mantle shear zone accommodate ductile crust thinning and ascent of the sub-continental mantle. The shear zones act synchronously but with opposite senses of shear, top-to-W and top-to-E respectively in the crust-mantle extensional shear zone, and at the brittle-ductiletransition in the crust. Second, hyper-stretching localizes in the neck, leading to an almost disappearance of the ductile crust and to crustal stretching values larger than 2000%, and bringing the upper crust into contact with the subcontinental mantle, each of them with theiralready acquired opposite senses of shear. Finally, high-angle normal faulting, dated by 40Ar-39Ar step-heating method on muscovite at ca. 21 Ma, cut through the Moho, where the ductile crust almost disappear and related block tilting ends the full exhumation of mantle in the zone of localized stretching. Third part: New geochronological data precisely constrain the transition from rifting to thrusting. Using U-Pb LA-ICP-MS dating, we identify two distinct episodes of crustal melting associated with two large-scale tectonic contacts that bound the Ronda Peridotites. The first episode of partial melting within the HT foliation at ca. 22.5 Ma is related to the extreme thinning of the continental crust and to mantle exhumation. The second episode of crustal melting at ca. 20 Ma, marked by leucocratic granite dikes, is related to the thrust emplacement of the section of thinned and hot continental lithosphere on top of crustal rocks.

La mise en place des corps magmatiques acides ou basiques des Jebiles centrales s'est faite dans un domaine à déformation régionale essentiellement transcurrente et qui devient décrochevauchante aux limites de la chaîne avec les blocs stables. Elle est contrôlée par le jeu d'un accident N 1600 sénestre. Les corps magmatiques se sont mis en place entre des cisaillements N-S sénestres interconnectés par des cisaillements N70° dextres. Les trois familles de fractures indiquent un contexte transpressif et un champ de raccourcissement crustal post Viséen subhorizontal, de direction NW-SE. Une activité hydrothermale a accompagné la mise en place, la déformation et lE refroidissement des intrusions. Le fluide le moins évolué a une composition très proche de celle de l'eau de mer, il a transformé des granites en trondjhémites essentiellement par gain de Na et Mg et perte de Fe, K et Rb. Un fluide plus évolué é transformé des granulites en tonalites, essentiellement par gain. de Ca et perte de K Rb, Fe. Le fluide le plus évolué est riche en fer, sa circulation s'est localisée dam des zones de cisaillement métriques où il a transformé des gabbros en chloritoschistes de composition comparable aux chloritites des amas sulfurés locaux Ce changement de composition de fluide dans un même domaine géographique e pendant le même période, est caractéristique des systèmes hydrothermaw générateurs d'amas sulfurés. L'altération hydrothermale a profondément altéré la signature géochimique du magmatisme bimodal des Jebilet centrales. Les éléments immobiles indiquent que les trondhjémites/tonalites étaient initialement des granites de type A2; les roches basiques sont des tholéiites à signature géochimique ambigüe. La cinématique de la déformation et le type d'association bimodale des Jebilet centrales traduisent un environnement géodynamique complexe ou l'influence de mouvements de distension et de raccourcissement crustal s'est déroulée dans un contexte de convergence oblique de plaques.

Ce travail de thèse présente les résultats d'études géomorphologiques sur la cinématique de failles dans le centre et l'est de l'Iran. Dans cette région, des observations géodésiques associées à l'analyse d'un réseau GPS à large maille (Vernant et al., 2004 ; Masson et al., 2007) suggèrent que le cisaillement dextre entre l'Iran Central et le bloc Afghan est d'environ 16 mm/an. Un modèle cinématique (Walker et al., 2004) propose que ce cisaillement dextre soit pris en compte depuis les 5 derniers Ma par les grands décrochements limitant le Lut à l'Ouest et à l'Est. Leur vitesse géologique est cependant mal contrainte tout comme celle de décrochements situés à l'intérieur du plateau iranien, généralement considérés peu ou non actifs. Nous démontrons l'activité de deux décrochements dextres situés sur le plateau iranien, les failles d'Anar et de Deshir, et déterminons leur vitesse de glissement moyennée sur plusieurs cycles sismiques. Pour cela, des décalages de bords d'incision de terrasses alluviales ont été mesurés et des datations par mesure de la production in-situ en isotopes cosmogéniques (10Be et 36Cl) et par luminescence stimulée optiquement (OSL) ont été effectuées. L'analyse des données de surface et de profil, obtenues par les mesures d'isotopes cosmogéniques, a permis de mettre en évidence l'existence d'un héritage variable et important du matériel composant les terrasses alluviales. Nous avons proposé une méthode pour estimer la quantité minimum d'héritage variable, dans le but de déterminer l'âge d'abandon des surfaces abandonnées puis les vitesses de glissement sur les failles. Les datations par isotopes cosmogéniques et OSL combinées aux mesures de décalages morphologiques impliquent des vitesses de glissement géologique court-terme de 0.8 mm/an pour la faille d'Anar et de 0.85 – 2 mm/an pour la faille de Deshir. Ces résultats nous permettent de discuter le rôle de ces failles dans l'accommodation de la déformation dans le centre et l'est de l'Iran, suggérant que la déformation cisaillante se répartit sur une zone plus large que le Lut et ses bordures, et est prise en compte par un plus grand nombre de failles, qu'initialement supposé. Les données géologiques et GPS disponibles sont encore en nombre insuffisant pour déterminer s'il y a ou non des incompatibilités entre déformation finie et déformation instantanée.

Les cermets, nommés M(p)-CMC(s), " Ceramic Matrix Composite dispersed with Metallic Particles ", sont prometteurs dans les applications à haute température. Un cermet modèle (304L-YSZ) constitué de 40 % vol. de particules d'acier inoxydable 304L dispersées dans une matrice de zircone partiellement stabilisée à l'yttrium a été préparé par métallurgie des poudres. Les cermets sont homogènes et possèdent une densité voisine de 97 % par rapport à la densité théorique. Une étude cinétique basée sur l'hypothèse de l'étape limitante, a été réalisée afin de proposer un mécanisme et un modèle d'oxydation du cermet. Dans un premier temps, l'oxydation de la poudre d'acier inoxydable a été étudiée sous oxygène à 800 °C. Les expériences d'oxydation sous He (80 %)-O2 (20 %) ont été conduites par thermogravimétrie. Conformément à la littérature, la cinétique d'oxydation de la poudre suit un régime de diffusion. Une couche d'oxyde à base de chrome à croissance externe est observée.En revanche, la cinétique d'oxydation du cermet modèle est différente de celle de la poudre de 304L. Un fort gain de masse est observé dès l'introduction de l'oxygène au début du palier isotherme. Pendant le palier isobare, la prise de masse est lente et n'est pas régie par la diffusion. La caractérisation des cermets oxydés montre que des nodules riches en chrome apparaissent tout d'abord à l'intérieur du métal. Puis une couche d'oxyde à base de chrome et de fer se forme par croissance externe. La matrice de zircone ne limite pas la diffusion de l'oxygène vers le métal. Elle se fissure sous l'action des contraintes mécaniques induites par le changement de volume des particules de 304L pendant l'oxydation.

Le granite du Manaslu (Népal Central) permet d'étudier la mise en place d'un corps magmatique en contexte de collision et d'extension intracontinentale et les relations entre phénomènes thermiques, anatectiques et tectoniques qui affectent la Chaîne himalayenne entre 30 et 15 Ma. L'estimation des conditions pression-température dans l'auréole de contact suggère une profondeur de mise en place du granite, entre 18-21 km à la base et 9-13 km au toit, pour une température de 550 ± 50 °c. La présence d'un fluide hydraté, d'origine magmatique, percolant dans l'auréole au cours de l'emplacement du granite est attestée par l'étude isotopique de l'oxygène et de l'hydrogène. Une telle profondeur implique une épaisseur de la croûte continentale supérieure compatible avec l'existence d'une nappe d'âge tardi-Oligocène, au dessus des Séries Sédimentaires Téthysiennes. A partir de l'étude structurale, microstructurale et magnétique (ASM) de la déformation finie dans le granite et dans son encaissant, nous proposons un modèle de mise en place du granite contrôlé (i) par des décrochements dextres de direction Est Ouest et (ii) par l'accrétion de venues magmatiques successives, dans une zone de relais transtensive, avec expansion latérale vers l'Est et le Nord-Est. Les résultats thermochronologiques 40 Ar/39 Ar obtenus dans l'auréole de contact supérieure du massif sont comparés aux données géochronologiques existantes et permettent d'envisager une mise en place vers 25 Ma. Une période de refroidissement lente de 200/Ma entre 25 et 19 Ma est alors sui vie par une période de refroidissement rapide entre 19 et 16 Ma, probablement liée à une dénudation tectonique par faille normale au dessus du granite. Cette seconde période d'extension vers 18 ± 1 Ma, reconnue tout au long de la chaîne himalayenne est responsable de nouvelles venues magmatiques. Un nouveau modèle de fusion en condition anhydre (XH20<0.3), puis hydraté (XH20>0.7), des niveaux métapélitiques et métagrauwackeux du Cristallin du Haut-Himalaya est envisagé afin de rendre compte de l'évolution géochimiques des majeurs, des traces et des isotopes Rb/Sr du Manaslu. Les âges, les modalités de mise en place de l'ensemble des leucogranites himalayens et les conditions pression-température dans le Cristallin du Haut Himalaya suggèrent une activation de plus en plus tardive du MCT vers l'Est compatible avec la rotation anti-horaire de l'Inde et l'extrusion du Sud-Tibet, au cours de la collision Inde-Asie, depuis au moins 25 Ma.

Les cermets, nommés M(p)-CMC(s), « Ceramic Matrix Composite dispersed with Metallic Particles », sont prometteurs dans les applications à haute température. Un cermet modèle (304L-YSZ) constitué de 40 % vol. de particules d'acier inoxydable 304L dispersées dans une matrice de zircone partiellement stabilisée à l’yttrium a été préparé par métallurgie des poudres. Les cermets sont homogènes et possèdent une densité voisine de 97 % par rapport à la densité théorique. Une étude cinétique basée sur l’hypothèse de l’étape limitante, a été réalisée afin de proposer un mécanisme et un modèle d’oxydation du cermet. Dans un premier temps, l’oxydation de la poudre d’acier inoxydable a été étudiée sous oxygène à 800 °C. Les expériences d'oxydation sous He (80 %)-O2 (20 %) ont été conduites par thermogravimétrie. Conformément à la littérature, la cinétique d’oxydation de la poudre suit un régime de diffusion. Une couche d’oxyde à base de chrome à croissance externe est observée.En revanche, la cinétique d’oxydation du cermet modèle est différente de celle de la poudre de 304L. Un fort gain de masse est observé dès l’introduction de l’oxygène au début du palier isotherme. Pendant le palier isobare, la prise de masse est lente et n’est pas régie par la diffusion. La caractérisation des cermets oxydés montre que des nodules riches en chrome apparaissent tout d’abord à l’intérieur du métal. Puis une couche d’oxyde à base de chrome et de fer se forme par croissance externe. La matrice de zircone ne limite pas la diffusion de l’oxygène vers le métal. Elle se fissure sous l’action des contraintes mécaniques induites par le changement de volume des particules de 304L pendant l’oxydation. / Ceramic matrix composite dispersed with metallic particles, called M(p)-CMC(s), are being developed for optimizing several functions of industrial components in severe atmospheres at high temperature.The corrosion of a model M(p)-CMC(s), based on 304L stainless steel and yttrium doped zirconia (304L(p)-ZrO2(s); 40%/60% in volume) is studied and compared with the oxidation behaviour of the stainless steel powders. The oxidation behaviour of the model 304L(p)-ZrO2(s) composite produced by powder metallurgy, studied by means of the thermogravimetry under 20 % O2 in helium at 800 °C, is presented. Oxidation curves show a fast increase in mass gain followed by slow one for the composite material. SEM observations and Auger spectroscopy measurements of the oxidized composite indicate an outward complex Cr and Fe rich oxide layer whereas Cr2O3 nodules are observed to nucleate and develop inward. For 304L stainless steel powder, the shape of the mass gain curve is parabolic, in agreement with a diffusion controlled oxidation. SEM observations of oxidised powder and in situ XRD measurements at 800 °C under oxygen show an external growth of Cr2O3 oxide layer.The low resistance to oxidation of the composite (compared to the powder) in the initial period seems to be due to the properties of the zirconia/metallic particles interface obtained after the sintering process. Under reducing conditions, the initial Cr2O3 layer reacts with zirconia matrix. TEM observation of the “as sintered” interface between the metallic particles and the ceramic shows no chromia layer. Sudden changes in oxygen partial pressure during experiments reveal an accelerating effect of the oxygen pressure.

Le phénomène d'extrusion latérale dans les systèmes en collision est étudié avec l'aide d'images satellitaires, de données de terrain et de modèles analogiques. Nous avons abordé le problème par le biais de deux analyses complémentaires: l'une régionale concerne la caractérisation d'un système naturel, l'Anatolie, l'autre d'ordre thématique concerne la caractérisation des champs de failles. L'étude régionale est menée à partir de la Faille Nord Anatolienne (FNA) qui est la principale zone faillée accommodant l'extrusion vers l'Ouest du bloc anatolien. La FNA est une zone décrochante dextre dont le mécanisme évolue depuis un pôle compressif à l'Est, vers un pôle extensif à l'Ouest. La partie orientale de la FNA, orientée N 110°, est contrôlée par le système en collision Arabie/Eurasie tandis que la partie occidentale de la FNA, orientée N75°, est sous* l'influence de l'extension égéenne. La présence du bloc rigide de la Mer Noire semble conditionner le changement de direction de la FNA. Le problème mécanique posé, à partir de l'étude expérimentale, est la modalité du processus d'extrusion latérale avec des conditions aux limites défavorables. En réduisant la longueur du continent au front du piston, nous observons une rotation de l'axe de la contrainte principale 0'1, de 30° par rapport à la direction d'avancée du poinçon. Nous observons une déformation diffuse à l'intérieur du continent extrudé qui évolue cependant vers une concentration de la déformation. L'évolution du partitionnement extrusion/raccourcissement se fait aux dépens de l'extrusion. Nous concluons aussi que l'extension égéenne agit comme un moteur, nécessaire pour assurer l'extrusion de l'Anatolie. La distribution spatiale des failles et des séismes est caractérisée par une analyse fractale. La géométrie des failles est fractale avec une dimension de 1.7, et représentative d'une déformation pénétrative. Le champ de séismes montre une distribution plus complexe, multifractale, que nous attribuons à l'interférence des phénomènes de croissance avec le phé'nomène de localisation de la déformation.

Lorsque des plutons granitiques se mettent en place dans une croate en cours de raccourcissement ils créent des hétérogéneités thermiques et rhéologiques et deviennent des sites de localisation préfèrentielle de la déformation crustale, La déforfmation enregistrée au niveau de ces plutons traduit l'interférence entre le champ de déformation régional et un champ de déformation local lié à l'intrusion des plutons, En analysant les répercussions de cette interférence SI.H le champ de déformation finie dans un ensemble pluton-encaissant, on peut estimer le contexte tectonique de mise en place des plutons et reconstituer la géométrie et la cinématique de la déformation crustale associée, L'utilisation des plutons granitiquescomme marqueurs de la déformation crustale a été testée à l'échelle d'un segment de chaine hercynienne, la méseta marocaine qui constitue le prolongement Sud de la chaine hercynienne Ouest Européenne, La déformation majeure de ce domaine, d'âge tardi carbonifère s'accompagne de la mise en place, dans l'intervalle :32\)- 270 ~a, de granitoides divisés en :3 groupes (mixtes I-S, crustaux S, alcalins), Le caractère syntectonique de la mise en place de ces granites est mis en évidence (1) par la distribution, la forme et l' orientation des plutons, (2) par le développement, de structures tectoniques superposées le Iong de gradients d'intensité de déformation finie en direction des plutons, (3) par l'existence d'un métamorphisme de contact syntectoniquJe (HT, BP), d'intensité croissante vers les plutons, (4) par' la compatibilité entre les trajectoires principales de déformation interne (S1,Le1) et les trajectoires principales de la déformation régionale, (S) par la présence de points triples de schistosi té, (6) par l'évolution des processus d'orthogneissification traduisant une diminution de la température de la déformation interne lors de l'avancement de la cristallisation du pluton, L'intégration à l'échelle du segment de chaine des différents états de déformation enregistrés au niveau des plutons permet de reconstituer le champ de déformation finie postviséen qui est caractérisé par un raccourcissement régional NW-SE avec une extension subhorizontale NE-SW, Les relations entre déformation et déplacement autour des plutons granitiques montrent la prédominance de mouvements subhorizontaux le Iong de décrochements ductiles organisés en deux familles ENE dextre dominante et subméridienne senestre, Ces déplacements horizontaux sont localement perturbés pour devenir décrochevauchants à chevauchants vers le NW ou le SE, Ils sont situés au niveau de fractures crustales existant déjà dans le soubassement précambrien et réactivées préférentiellement dans les zones amollies thermiquement par les plutons, La formation entre 320 et 280 MA de magmas calco-alcalins "crustaux" est compatible avec un processus de subduction continentale syn à post collision, Ces magmas se mettent en place le long de fractures crustales réactivées en décrochements et décrochevauchements, Le fonctionnement tardi tectonique de cisaillements lithosphèriques non rectilignes permet l'ascension des granites alcalins tardifs (270 MA), L'lmportance des mouvements transcurrents enregistrés par les plutons syntectoniques hercyniens permet de penser que la chaine hercynienne du maroc est une chaine en décrochement, Elle est localisée au niveau d'une importante zone de coulissage intracontinental dextre traduisant un découplage Afrique-Europe avec déplacement de l'Afrique vers l'ouest, Cette zone de coulissage est corrélable avec les grands décrochements hercyniens de l'Europe de l'Ouest.

On précisera d'abord des conditions dans lesquelles apparaît tel ou tel type de fracture. On analysera ensuite les rapports existant entre les grands décrochements d'une région et la fracturation plus fine que l'on rencontre à leurs abords; puis on s'intéressera aux formes et aux mouvements des blocs découpés par ces fractures. Après avoir établi quelques modèles théoriques on tentera de les appliquer à l'étude des fracturations qui affectent d'une part un grand synclinal de la Chartreuse orientale et d'autre part un vaste plateau du Vercors sud oriental. Cette étude comportera deux étapes ; on recensera d' abord les fractures majeures puis, des mesures de terrain nous permettrons d'apprécier la fracturation plus fine de ces massifs. Ces derniers sont caractérisés par une tectonique simple: des plis à grand rayon de courbure, tronçonnés par des décrochements qui les prennent en écharpe . Le traitement des données ainsi acquises sera fait par filtrage optique pour l'interprétation photogéologique et par un programme original de traitement statistique pour les mesures de terrain permettant de reconnaitre automatiquement la forme des blocs découpés par les fractures. Puis en schématisant et en interprétant les résultats ainsi obtenus on essayera de conclure par un historique de l'évolution des déformations dans la région en tentant de reconstituer le rôle qu'a pu jouer le socle dans la tectonique de cette région. On devra pour cela se placer dans un cadre plus large que celui des massifs subalpins externes.