L’enjeu actuel pour les industriels de l’aéronautique est de diminuer la consommation en carburant et/ou d’augmenter le rendement des avions. A terme, Safran souhaite remplacer les aubes de turbine, actuellement en superalliage, par des aubes en matériau composite tissé de type SiC/SiBC. Il est alors important de prévoir leurs durées de vie. Ce travail a donc consisté à développer un modèle de durée de vie pour ces composites autocicatrisants. Ces matériaux tissés sont constitués de fibres Nicalon, d’une interphase de pyrocarbone et d’une matrice autocicatrisante multicouche (B4C, SiC et SiBC). La particularité de ces composites est l’oxydation de chaque constituant du matériau en fonction de l’environnement (température, atmosphère sèche ou humide). Le modèle de durée de vie développé offre un compromis entre des temps de calcul réduits, malgré la prise en compte de phénomènes physico-chimiques complexes, et une prévision de la durée de vie suffisamment précise. L’approche retenue est un couplage entre un modèle d'endommagement mécanique et un modèle physico-chimique. Un modèle de durée de vie uniaxial a été proposé afin de justifier les différents couplages nécessaires entre les parties mécanique et physico-chimique mais également pour optimiser les algorithmes de résolution. Ce modèle a permis d’identifier les coefficients pour deux nuances de matériaux. Afin de réaliser des essais de structures, un modèle de durée de vie multiaxial a été proposé et implanté dans le code de calcul ZéBuLoN. Un protocole d’identification a également été proposé dans ce travail même si les essais de caractérisation jusqu’ici réalisés ne sont pas suffisants pour identifier complètement le modèle 3D sur ces matériaux. / The current challenge for the aerospace industry is to decrease the fuel consumption and/or to increase the performance of planes. In the future, Safran Group wishes to replace the turbine blades, currently in superalloy, with woven composite SiC/SiBC material blades. Therefore, it is important to predict their life time. This work involved developing a life time model of these self-healing composites. These woven materials are made up of Nicalon fibers, and an interphase of pyrocarbone and a self-healing matrix (B4C, SIC and SiBC). The particularity of these composites is the oxidation of every constituent of the material depending on the environment (temperature, dry or wet atmosphere). The developed life time model offers a compromise between reduced calculating time, in spite considering complex physico-chemical phenomena, and an accurate enough prediction of the life time. The approach chosen is a coupling between a mechanical damage model and a physico-chemical model. A uniaxial life time model was proposed to explain the different necessary couplings between the mechanical and physico-chemical parts but also to optimize the resolution algorithms. This model enabled to identify the coefficients for two grades of materials. In order to carry out tests of structures, a multiaxial life time model was proposed and implemented in the ZéBuLoN Finite Element code. A protocol of identification was also proposed in this work even if the characterization tests so far realized are not sufficient to identify the 3D-Model for these materials.

Cette thèse a été réalisée en cotutelle entre l'Université Technique Nationale Ivan Pul'uj de Ternopil (TNTU, Ukraine) et l’Université Blaise Pascal (Clermont-Ferrand, France). Les travaux ont été effectués au sein de l'Institut Pascal de l’Université Blaise Pascal - Clermont II, de l’IFMA et du CNRS, dans le thème scientifique Matériaux actifs et intelligents, modélisation multi-échelle de l'axe Mécanique, Matériaux et Structures, et au sein de l'Institut Français de Mécanique Avancée. La thèse présentée appartient au domaine scientifique de la mécanique de la rupture et la science des matériaux. L'objectif de la thèse est de développer la méthodologie analytique et expérimentale pour la durée de vie résiduelle des collecteurs du surchauffeur dans les centrales thermiques, en tenant compte des caractéristiques de fonctionnement de chargement thermomécanique. La prédiction de la durée de vie est une tâche cruciale pour un fonctionnement continu des éléments structuraux très chargés et fait partie d'un problème plus large, couvert dans la recherche de la résistance et la durabilité des éléments structurels à haute température dans les équipements d'énergie générateur. Le mémoire décrit l'influence de la température de fonctionnement sur la vitesse de propagation des fissures de fatigue et micromécanismes de rupture dans le matériau du collecteur de surchauffeur. / This thesis was performed under the cotutelle agreement between Ternopil Ivan Pul’uj National Technical University (TNTU, Ukraine) and Blaise Pascal University (Clermont Ferrand, France). The thesis was carried out within Pascal Institute of the Blaise Pascal University - Clermont II, the IFMA and the CNRS, in the Scientific Theme “Active and Smart Materials and Multiscale Modeling” of the Mechanics, Materials and Structures Department, and within the French Institute for Advanced Mechanics. The presented thesis belongs to the scientific field of fracture mechanics and material science. The aim of the thesis is to develop the analytical and experimental methodology for the residual lifetime estimation of the superheater collectors at thermal power stations (TPS), taking into account the operational features of thermomechanical loading. Prediction of lifetime is crucial task for continuous operation of heavy loaded structural elements and is a part of a broader problem, covered in the research of the strength and durability of high temperature structural elements in power-generating equipment. The thesis describes the influence of operating temperature on the fatigue crack growth rate and fracture micromechanisms in the material of the superheater collector.

Les objectifs de ce travail de thèse étaient : (i) identifier les principaux compromis et covariations d'un ensemble de traits foliaires relatifs à l'acquisition du carbone et (ii) caractériser la variabilité de ces traits en réponse à l'éclairement (plasticité phénotypique) et la diversité interspécifique de cette plasticité chez des espèces de forêt tropicale humide. Les mesures ont été réalisées sur des semis de 13 espèces d'arbres élevés en conditions contrôlées dans 3 traitements d'éclairements relatifs distincts. Une analyse coût-bénéfice des traits du bilan de carbone foliaire a été centrée sur les coûts de construction du métamère (CCmetm), le temps de retour sur investissement (PBT) et la mesure des durées de vie des feuilles (LLS). Une forte diversité interspécifique a été observée pour l'ensemble des traits étudiés. Les espèces se répartissent le long d'un axe opposant durée de vie des feuilles et LMA (masse surfacique) d'un côté, aux capacités photosynthétiques (Asat), PNUE (Asat/N), respiration (Rd) et teneurs en azote (Nm) de l'autre. Ces résultats sont en adéquation avec le schéma universel d'acquisition des ressources proposé par Wright et al. (2004). Les relations entre LLS et PBT sont faibles et l'ensemble des espèces amortissent très largement leur CCmetm. De manière générale, le classement des espèces est maintenu d'un traitement à l'autre et, à l'exception des coûts de construction, seuls de faibles effets d'interaction ont été observés entre espèces et traitements. Le calcul d'un indice de plasticité a également permis de montrer qu'en dépit d'une certaine diversité interspécifique de la plasticité phénotypique, aucune espèce n'était globalement plus « plastique » que les autres sur l'ensemble des traits considérés. Enfin, si les espèces pionnières se distinguent nettement par leurs attributs, leur degré de plasticité n'est pas différent de celui des espèces de sous-bois.

Dans le domaine des applications avioniques, des dispositifs d'électronique de puissance sont susceptible d'être placés sur le réacteur avec, dans le pire des cas, une température ambiante de 200°C et des cycles thermiques compris entre -55°C et 200°C.<br /><br /> La première partie de cette étude présente les caractérisations électriques de composants à semi-conducteur, afin de justifier le choix des diodes Schottky SiC et de transistor CoolMOS Si pour une utilisation à haute température. Ces composants sont alors intégrés dans un véhicule de test (module de puissance) adaptée à une localisation sur le réacteur. L'objectif est d'évaluer les performances électriques des éléments actifs à haute température, et la technologie d'assemblage par brasure des substrats céramiques sur une semelle AlSiC. En complément d'une campagne expérimentale, s'appuyant sur un cyclage thermique de grande amplitude, une évaluation numérique des sollicitations dans l'assemblage permettra de mieux comprendre les mécanismes de défaillances et les moyens permettant d'augmenter la durée de vie des modules de puissance dans ces conditions d'utilisation.<br /><br /> Afin de trouver des solutions d'intégration et de chercher à améliorer la durée de vie des assemblages, la dernière partie de cette étude présente les résultats expérimentaux, dans des conditions tout aussi sévères, pour de nouveaux véhicules de test, sans élément actif, composés de substrats céramiques de technologie différente. Les produits testés comportent des céramique AlN et Al2O3 dont les métallisations, avec ou sans dimples, présentent des géométries différentes. Nous évaluerons également, des substrats de technologie AMB avec des solutions DAB et Si3N4. Finalement, une nouvelle étude numérique est réalisée sous ANSYS dans le but d'estimer l'influence ce des substrats céramiques sur la durée de vie de l'assemblage. Finalement, nous tenterons de proposer des règles de conception permettant d'augmenter la durée de vie des assemblages de puissance.

Avec la statistique correspondant à la luminosité de 20,7 fb-1 intégrée à la réso- nance Y(4S) par l'expérience BABAR, nous avons reconstruit de façon complète des échantillons purs à 90 % de 6967+/-95 mésons B0/B0bar et 7266+/-94 mésons B+/B-. Il s'agit du plus grand échantillon de mésons B complètement reconstruits au monde. Cet échantillon est fondamental pour les analyses temporelles essentielles du programme expérimental de BABAR. Elles consistent à étudier l'évolution temporelle des mésons B pour déterminer les grandeurs physiques associées à la violation de CP , la fréquence delta-m des oscillations B 0 B 0 et les durées de vie des mésons B. La première observation de la violation de CP dans le système B0 /B0bar a utilisé notre échantillon de mésons B neutres pour séparer l'effet recherché de ceux des imperfections de la détermination expérimentale de la saveur des mésons B. Pour les mesures de delta-m et des durées de vie, cet échantillon constitue le signal. La mesure des durées de vie était l'objectif principal de cette thèse. Nous avons obtenu les résultats suivants : tau(B 0 ) = 1,546 +/-0,032 (stat) +/- 0,022 (syst) ps , tau(B + ) = 1,673 +/- 0,032 (stat) +/- 0,023 (syst) ps , tau(B + )/tau(B 0 ) = 1,082 +/- 0,026 (stat) +/- 0,012 (syst) : La précision est sensiblement la meme que celle des résultats combinés de toutes les expériences antérieures publiés en 2000. Il s'agit de la première mesure des durées de vie des mésons B eectuée à l'énergie de l'Y(4S). Nous avons mis au point une nouvelle méthode de mesure optimisée pour ces conditions expérimentales. Nos résultats sont compatibles avec les valeurs moyennes de l'année 2000. Les prédictions théoriques les plus récentes présentées pendant l'été 2001 sont en excellent accord avec nos mesures.

Ce mémoire de thèse présente une méthodologie d'évaluation des profils multi-performances des produits de construction à des dates fixées de leurs vies en oeuvre, exploitant l'ensemble des données disponibles (durées, probabilités et niveaux de performances), multi-sources et multi-échelles (géométrique, phénoménologique, fonctionnelle et temporelle). Cette méthodologie comprend quatre étapes : - analyse qualitative : recherche des scénarii de dégradation, - analyse quantitative temporelle : évaluation des durées et des probabilités d'apparition des scénarii et gestion de leurs interactions, - analyse quantitative de la criticité : hiérarchisation des scénarii, - analyse quantitative des performances : obtention des profils multi-performances. Elle englobe des méthodes, des bases de données et des outils de représentation, applicables indépendamment les uns des autres. Elle est illustrée sur une fenêtre fixe, des murs en béton et en briques et un complexe mur en béton et fenêtre

Le premier objectif du projet HYBUS est d'intégrer un système de stockage par supercondensateurs dans un trolleybus permettant la récupération de son énergie de freinage afin d'assurer la continuité de l'alimentation des systèmes électriques embarqués. A terme un système de stockage plus conséquent est prévu pour permettre au trolleybus une autonomie de quelques mètres. Notre travail étudie la durée de vie de ce système. Plusieurs tests de vieillissement accéléré sur les supercondensateurs ont été mis en place au laboratoire AMPERE. Ces essais ont mis en évidence que le cyclage engendrait une forte accélération de la diminution de la capacité et de l'augmentation de la résistance série. Cependant, ces variations sont partiellement réversibles lors des phases de repos où une régénération s'opère. Une méthode se basant sur les dégradations observées en cours d'utilisation et les dégradations demeurant après régénération, a permis une mise en équation de l'évolution des paramètres internes des supercondensateurs. Un test d'endurance de systèmes complets de stockage a aussi été réalisé au laboratoire. Les résultats expérimentaux montrent une hétérogénéité du vieillissement due à l'existence d'importants gradients de température entre les composants. De ce fait, une nouvelle méthodologie d'équilibrage visant à égaliser les durées de vie de chacun des supercondensateurs a été mise au point. L'étude a donc contribué à une meilleure compréhension et évaluation du vieillissement des supercondensateurs dans le but d'améliorer la durée de vie de système de stockage de ce type. Une méthode est proposée pour estimer les dégradations en fonction des facteurs majeurs du vieillissement.

L'objectif de ce travail est de comprendre les mécanismes d'endommagement induits par la thermo-oxydation dans des stratifiés composites carbone/époxy, à différentes échelles. A l'échelle microscopique (fibre/matrice), les évolutions du retrait chimique de la matrice au cours du vieillissement sont caractérisées. La pression d'oxygène est utilisée pour accélérer le processus d'oxydation. L'état d'endommagement surfacique de l'échantillon vieilli est ainsi observé et analysé. L'extraction des profils de matrice entre deux fibres permet d'analyser le retrait matriciel au niveau des interfaces fibre/matrice. Les mesures expérimentales sont confrontées aux simulations d'un modèle numérique chemo-mécanique couplé, et des valeurs critiques du taux de restitution d'énergie de décohésion fibre/matrice sont identifiées. A l'échelle mésoscopique (pli), la propagation en profondeur de la couche oxydée/endommagée est caractérisée. A l'échelle macroscopique (stratifié), les effets de la thermo oxydation sur les mécanismes et les cinétiques de fissuration matricielle dans des stratifiés composites [0/90]s croisés sont étudiés. Ce travail donne un aperçu assez complet des mécanismes d'endommagement induits par la thermo oxydation dans des composites organiques de type carbone-époxy.

Dans le cadre de la mise au point des nouveaux réacteurs de la Génération IV, la France s'attache notamment à la conception du Very High Temperature Reactor, qui prévoit l'utilisation de matériaux devant résister à plus hautes températures et plus longtemps. Parmi les matériaux existants, AREVA a fait le choix de déterminer le comportement mécanique du Grade 91 (Fe-9Cr-1Mo-Nb-V) pour équiper les gros composants. Ces gros composants sont des structures soudées, si bien que les soudures, points faibles potentiels, doivent être étudiées. Les trois partenaires industriels (AREVA, CEA, EDF) ont lancé une étude commune en octobre 2005 avec le Centre des Matériaux sur le fluage d'un Grade 91, métal de base et joint soudé, à 500°C pour des durées d'exposition allant jusqu'à 4500 h. <br /><br /> Des essais de vieillissement thermique, de traction et de fluage à 450°C et 500°C, sur du métal de base et du joint soudé ont été réalisés. Différentes géométries d'éprouvettes de fluage de joint soudé ont été testées. Aucune évolution significative de la microstructure n'a été constatée en termes de nature et de taille de précipités et de dimension de la sous-structure par rapport à la microstructure avant essai. Peu d'endommagement par cavitation a pu être mis en évidence. Le mécanisme qui conduit à la ruine finale du matériau après fluage est de type viscoplastique à 500°C, contrairement à 625°C où l'endommagement par cavitation est la cause principale de la rupture des éprouvettes de fluage pour les temps d'exposition les plus longs.<br /><br />A partir des courbes expérimentales de fluage du métal de base et du joint soudé entier, un modèle phénoménologique de comportement de type Norton à 500°C est proposé. L'exposant de Norton du métal de base est de 19, alors que celui du joint soudé entier est de 18. Ces valeurs suggèrent la présence de contraintes internes et indiquent que le glissement des dislocations peut être le mécanisme qui contrôle la déformation par fluage. Les éprouvettes de joint soudé cassent dans le métal fondu en fluage et dans le métal de base en traction. La zone affectée thermiquement n'a pas de rôle visible dans la résistance de la structure à 500°C, du moins jusqu'à 4500 h. De ce fait, une décomposition en série du comportement en fluage du joint soudé entier peut être faite à l'aide de ceux du métal fondu et du métal de base. Connaissant le comportement du métal de base et du joint soudé entier, il est possible d'ajuster les paramètres du modèle au métal fondu. Une autre méthode d'ajustement des paramètres du métal fondu est également proposée à partir des essais sur une géométrie amincie contenant uniquement du métal fondu. Les résultats de ces modèles sont cohérents avec les données de la littérature. Ce modèle permet de prédire le temps à rupture à plus long terme, en bon accord avec des résultats du CEA, avec des outils simples de modélisation.

Le PolyAmide 6 (PA6) est un polymère semi-cristallin couramment utilisé dans des structures sollicitées en fluage. A température ambiante, le PA6 présente une viscosité importante. L'objectif de cette étude consiste à analyser d'une part, le comportement mécanique du PA6, et d'autre part de comprendre les mécanismes d'amorçage et de propagation de fissures, sous chargement statique à température ambiante. Des essais mécaniques ont été réalisés sur éprouvettes axisymétriques lisses et entaillées, avec différents rayons en fond d'entaille. Des courbes contraintes / déformations ont été obtenues à partir d'essais de traction monotone, à différentes vitesses de chargement. Ensuite, des essais de fluage ont été réalisés pour décrire l'évolution de la déformation de fluage en fonction du niveau de contrainte appliquée. Un stade de fluage secondaire stabilisé a d'ailleurs été observé et deux régimes de vitesse de déformation de fluage, dépendant du niveau de contrainte appliquée, ont été mis en évidence. Des observations microscopiques, après cryofractographie, ont permis de révéler la microstructure sphérolitique initiale du PA6 de l'étude. Une porosité initiale de 1,5% a également été mise en évidence. Les analyses réalisées, à la suite d'essais interrompus ou surdes faciès de rupture, ont permis de mettre en évidence les mécanismes de déformation et d'endommagement. Aussi, les observations des faciès de rupture ont clairement mis en évidence les mécanismes de transition entre les zones ductiles et la rupture finale fragile. Il semblerait enfin que le régime ductile, basé sur la croissance et la coalescence des cavités, évolue différemment en fonction du taux de triaxialité des contraintes. Les essais de fluage sur éprouvettes lisses ont permis l'identification des paramètres matériaux nécessaires aux modélisations analytique et par Eléments Finis. Des modèles multimécanismes, physiquement motivés et dédiés au calcul par Eléments Finis, sont proposés, prenant en compte le taux de cristallinité. On se propose d'utiliser les outils de la Mécanique Non Linéaire de la Rupture pour estimer la durée de vie d'une structure : l'approche globale permet d'établir une courbe maîtresse reliant le temps à rupture au paramètre de chargement C*. Les résultats des essais sur éprouvettes fissurées ont permis de calcul le paramètre C*. Enfin des modèles multimécanismes, physiquement motivés et dédiés au calcul par Eléments Finis, ont été développés pour modéliser le comportement de structures en PA6. Une modélisation couplée entre comportement et endommagement a été proposée afin de tenter de prendre en compte l'ensemble des résultats et conclusions apportées dans les thématiques précédentes. L'utilisation de la Mécanique des Milieux Poreux permet notamment de simuler la croissance des cavités lors du régime de fissuration ductile. L'influence des coefficients relatifs à l'endommagement a été décrite. L'accès aux variables locales ainsi qu'aux tenseurs des contraintes et déformations, propres aux phases amorphe et cristalline, est possible : l'évolution de la porosité propre à chaque phase a ainsi été analysée, en comparaison des mécanismes d'endommagement précédemment décrits.