L'interprétation mécanique des essais d'indentation et de rayure est très complexe. La compréhension est encore plus délicate lorsque les essais sont réalisés d'une part sur des polymères, matériaux dont le comportement est complexe, et d'autre part, à l'échelle du micromètre pour caractériser des couches minces (vernis). La simulation numérique des essais permet de mieux les analyser et d'avoir accès à des informations impossibles par d'autres moyens d'essais (traction, compression,....). Notre étude porte sur des polymères thermoplastiques et thermodurcissables renforcés (vernis) ou non par des nanoparticules. La composante élastique est modifiée par le modèle d'Young, la viscosité par une loi de G'Sell Jonas, avec un écrouissage exponentiel. Les paramètres de cette loi sont déterminés par une méthode d'analyse inverse basée sur les courbes force pénétration obtenues par les essais de nano-indentation avec deux indenteurs et des simulations avec Forge 2®. Les thermodurcissables se différencient des thermoplastiques par des coefficients d'écrouissage élevés. Les simulations avec Forge3® de la rayure sur ces polymères avec deux indenteurs montrent des comportements semblables aux comportements expérimentaux : labourage avec une composante de déformation élastique importante pour les thermodurcissables, conduisant à la formation de dépression au contact de l'indenteur. Nous avons mis en évidence qu'un matériau avec un fort écrouissage a une dureté très élevée et des endommagements très faibles, ce qui est vérifié expérimentalement et explique les performances de résistance à la rayure des vernis.

Les nitrures binaires des métaux de transition synthétisés à hautes pressions et hautes températures sont de nouveaux matériaux dont le principal intéret réside dans leur multifonctionalité. Dans cette thèse, nous avons synthétisé de nouveaux nitrures de zirconium et d’hafnium, à une pression inférieure à celle de formation des composés cubiques c-M₃N₄ (M=Zr, Hf), mais supérieure à la pression de formation des mononitrures δ-MN. Les mesures par diffraction de rayons X, ont montré que la structure cristalline de ces composés est monoclinique de type Ca₃Tl₄O₉. La composition chimique M₇N₉ (avec une substitution mineure de l’azote par l’oxygène) vérifiée par une analyse quantitative par microsonde électronique suggère la présence de cations métalliques dans des états d’oxydation +3 et +4. Cette observation indique, pour les autres métaux de transition, la possibilité de former à hautes pressions divers nitrures thermodynamiquement stable avec un large éventail de valeur pour le rapport N:M. Les valeurs des modules élastiques pour les échantillons poreux de Zr₇ N₉ et Hf₇N₉ ont été obtenus par mesures laser ultrasonique (LU) et par nanoindentation. Les résultats pour les matériaux denses ont été dérivés en appliquant l’approche d’Hashin- Shtrickman précédemment développée. Nous obtenons ainsi G₀ = 95(9) GPa et B₀ = 130(10) GPa pour Zr₇N₉ et G₀ = 105(10) GPa et B₀ = 161(10) GPa pour Hf₇N₉. La mesure de la nanodureté donne Hn = 8.0(8) GPa et Hn = 9.1(7) GPa pour Zr₇N₉ et Hf₇N₉ respectivement. Finalement, pour Zr₇N₉ , la dureté de Vickers a été déterminée, Hv = 6.5 GPa et est en accord avec la mesure par nanoindentation. Nous avons dérivé la ténacité soit KIc-if = 3.7(4) MPa.m½ pour Zr₇N₉ . La propriété de self-healing a été partiellement observée pour le nouveau nitrure de zirconium. Pour Hf₇N₉, nous obtenons une valeur moyenne Hv = 6.4(1.0) GPa et une ténacité de 2.3-2.9 MPa.m½. Denses, ces matériaux sont supposés avoir une dureté de l’ordre de 10 GPa et la ténacité de Zr₇N₉ similaire à celle de c-Zr₃N₄, matériau poreux. Pour vérifier la méthode de nanoindentation appliquée dans cette thèse, nous avons réalisé une série de tests sur l’échantillon c-Zr₃N₄ précédemment étudié par LU et nanoindentations mais à de plus faibles profondeurs. Nous avons mesuré le module d’Young réduit, Er, pour le matériau poreux c-Zr₃N₄ et en utilisant la valeur du module d’élasticité isostatique B₀ (mesurée indépendamment par LU ou par l’équation d’état) nous avons déterminé les autres modules élastiques d’un matériau polycristallin, qui sont en accord avec les études LU précédemment présentées. La raison pour laquelle nous avons une moins bonne concordance avec les précédentes données de nanoindenation a été découverte. Pour vérifier d’avantage l’application des mesures par nanoindentation, étendre notre connaissance des propriétés de η-Ta₂N₃ et comparer ce matériaux avec M₇N₉, nous avons examiné un échantillon poreux de η-Ta₂N₃ plus en détail : Er et Hn ont été obtenus à la fois pour l’échantillon poli mécaniquement et pour l’échantillon non modifié et ont montré une différence de comportement sur les 400 premiers nanomètres de la mesure, ce qui a confirmé l’effet de “self-healing”, soit une densification de la surface d’une épaisseur similaire à la taille des grains de polissage. A partir des mesures aux plus grandes profondeurs, nous obtenons E₀= 329-369 GPa et n₀ 0.28-0.33, après calcul à partir de la valeur de la porosité (14%), de B₀ précédemment mesuré et en utilisant l’approche d’Hashin-Shtrickman. La valeur mesurée de la nanodureté s’est révélée être Hn = 18.3 GPa. Enfin, la mesure par dureté de Vickers, Hv, a confirmé les mesures par nanoindentation et montré l’existence d’un effet de la taille de l’indentation pour ce matériau. Pour le matériau dense, nous estimons que Hv > 24 GPa [...] / ₀ ₁ ₂ ₃ ₄ ₅ ₆ ₇ ₈ ₉ ₀
 Binary nitrides of transition metals synthetized at high pressures and high temperatures are new materials which are of interest due to their multifunctionality : They can have combinations of advanced properties, among them elevated elastic moduli, high hardness, high fracture toughness, chemical stability and some of them were found to be suitable for optoelectronic applications. Since the first synthesis of c-Zr₃N₄ in 2003 the studies on such materials extended. For example, c-Zr₃N₄ was found to have a high hardness and an exceptional wear resistance by milling of ferric alloys. ƞ-Ta₂N₃ having orthorhombic structure has a higher B₀ than c-Zr₃N₄ and a similar shear modulus G₀. Moreover, a self-healing effect upon mechanical polishing of a porous ƞ-Ta₂N₃ sample was recognised. There are also reports about synthesis of noble metal nitrides at high pressures and temperatures but these compounds are not recoverable to ambient conditions. In this work we synthetized new nitrides of zirconium and hafnium at pressures below those where c-M₃N₄ (M=Zr, Hf) form but above the pressures of formation of mononitrides δ-MN. X-ray diffraction measurements showed that their crystal structure is monoclinic of the type Ca₃Tl₄O₉. The chemical composition M₇N₉ (with a minor substitution of nitrogen by oxygen), verified by quantitative microprobe analysis, suggests presence of metal cations in the oxidation states +3 and + 4. This observation suggests for other transition metals the possibility to form at high pressures thermodynamically stable nitrides with the N:M ratio varying in a broad range. Elastic moduli of the porous samples of Zr₇N₉ and Hf₇N₉ were measured using laser ultrasonics (LU) and nanoindentation. Values for the dense samples were derived by applying the earlier developed Hashin-Shtrickman approach. We obtained G₀ = 95(9) GPa and B₀ = 130(10) GPa for Zr₇N₉ and G₀ = 105(10) GPa and B₀ = 161(10) GPa for Hf₇N₉. The nanohardness was measured to be Hn = 8.0(8) GPa and Hn = 9.1(7) GPa for Zr₇N₉ and Hf₇N₉, respectively. Vickers hardness of Zr₇N₉ was determined to be Hv = 6.5 GPa which is in agreement with our nanoindentation measurements. We derived its fracture toughness to be KIc-if = 3.7(4) MPa.m½, similar to that of c-Zr₃N₄, and recognised a weak self-healing behaviour. For Hf₇N₉, we obtained an average value of Hv = 6.4(1.0) GPa and KIc-if = 2.3-2.9 MPa.m½. Hardness of dense samples of Zr₇N₉ and Hf₇N₉ was estimated to be ~10 GPa. In order to verify the nanoindentation method we applied in this work, we performed tests on the c-Zr₃N₄ sample studied previously by LU and nanoindentation but at much shallower depths. We measured the reduced Young's modulus, Er, for the porous sample, and, applying the known B₀ (form laser ultrasonic- or equation of state measurements), we determined other elastic moduli for the porous and dense polycrystalline sample, which were in agreement with the earlier LU studies. Reasons for a less good agreement with the earlier nanoindentation data were disclosed. In order to further verify the applied nanoindentation method and extend our knowledge about properties of ƞ-Ta₂N₃ and compare this material with M₇N₉, we examined a porous sample of ƞ-Ta₂N₃ in more detail : Er and Hn obtained for the mechanically polished sample and for the non modified sample showed a distinct behaviour in the first 400 nm of indentation thus confirming the "self-healing" effect at the thickness similar to the size of the polishing grains. From Er measured at larger depths we derived E₀= 329-369 GPa and v₀= 0.28-0.33 using the porosity value (14%), the earlier measured B₀ and applying the Hashin-Shtrickman approach. The nanohardness was measured to be Hn = 18.3 GPa. Measurements of Vickers hardness confirmed our nanoindentation results and revealed the indentation size. For the dense ƞ-Ta₂N₃ we estimate Hv > 24 GPa.

Résumé: Le développement de l’industrie des polymères fourni de plus en plus de choix pour la formulation de matériaux pour les couvre-planchers. Les caoutchoucs, le PVC et le linoleum sont les polymères habituellement utilisés dans l’industrie des couvre-planchers. Ce projet répond à un problème de facilité de nettoyage des couvre-planchers de caoutchouc qui sont reconnus pour être mous, collants et ayant une surface rugueuse. L’INTRODUCTION couvrira l’état actuel de la recherche sur les couvre-planchers, surtout en regard au problème de la «nettoyabilité». La théorie pertinente et les informations générales sur les polymères, les composites polymériques et la science des surfaces seront introduites au CHAPITRE 1. Ensuite, le CHAPITRE 2 couvrira la méthode utilisée pour déterminer la nettoyabilité, l’évaluation des résultats ainsi que l’équipement utilise. Le CHAPITRE 3, discutera des premières expériences sur l’effet de la mouillabilité, la rugosité et la dureté sur la facilité de nettoyage des polymères purs. Plusieurs polymères ayant des surfaces plus ou moins hydrophobes seront investigués afin d’observer leur effet sur la nettoyabilité. L’effet de la rugosité sur la nettoyabilité sera investigué en imprimant une rugosité définie lors du moulage des échantillons; l’influence de la dureté sera également étudiée. Ensuite, un modèle de salissage/nettoyage sera établi à partir de nos résultats et observations afin de rationaliser les facteurs, ou « règles », qui détrminent la facilité de nettoyage des surfaces. Finalement, la réticulation au peroxyde sera étudiée comme une méthode de modification des polymères dans le but d’améliorer leur nettoyabilité; un mécanisme découlant des résultats de ces études sera présenté. Le CHAPITRE 4 étendra cette recherche aux mélanges de polymères; ces derniers servent habituellement à optimiser la performance des polymères purs. Dans ce chapitre, les mêmes tests discutés dans le CHAPITRE 3 seront utilisés pour vérifier le modèle de nettoyabilité établi ci-haut. De plus, l’influence de la non-miscibilité des mélanges de polymères sera discutée du point de vue de la thermodynamique (DSC) et de la morphologie (MEB). L’utilisation de la réticulation par peroxyde sera étudié dans les mélanges EPDM/ (E-ran-MAA(Zn)-ran-BuMA) afin d’améliorer la compatibilité de ces polymères. Les effets du dosage en agent de réticulation et du temps de cuisson seront également examinés. Finalement, un compatibilisant pré-réticulé a été développé pour les mélanges ternaires EPDM/ (E-ran-MAA(Zn)-ran-BuMA)/ HSR; son effet sur la nettoyabilité et sur la morphologie du mélange sera exposé. / Abstract: The development of industrial polymers provides more choices to the design of flooring materials. Rubbers, PVC and linoeleum are the most used polymers in the flooring industry. This project stems from the problem of cleanability (ease of cleaning) of the surface of rubber tile flooring which is known as a soft, sticky and rough surface. In the introduction, the current situation of research on the polymer flooring industry, especially the study on the cleaning problem will be introduced. The relevant theory and general information on polymers, polymer composites and surface science will be introduced in CHAPTER 1. In CHAPTER 2 different approaches, protocols and equipment to evaluate cleanability will be presented. The initial experiments and results (CHAPTER 3) will involve various fundamental concepts on surface wettability, roughness and hardness, as these properties can all influence the surface soiling and cleanability. In single-polymer systems, dozens of polymer materials with a hydrophobic or hydrophilic surface were investigated to observe their soiling and cleaning properties. The effect of roughness was also studied by surface printing method which is used to control the surface topography. Likewise, the influence of surface hardness on cleanability was also investigated with different polymer materials. From the above results and observations, a surface soiling/cleaning model is proposed in attempt to simplify the ― rules ‖ which determine the surface cleanability. Finally, peroxide crosslinking was investigated as a matrix modification method to improve the surface cleanability. The second part of the experiments and results (CHAPTER 4) extends to investigations of polymer blends, in attempt to optimize the performance of single-polymer materials. In this chapter, the surface cleaning model and its relevant rules are examined by the wettability, roughness and hardness tests discussed in CHAPTER 3. The influence of immiscibility on cleaning performance will be discussed in polymer blends from the point of view of thermodynamics (DSC) and morphology (SEM). In order to improve the compatibility in polymer blends, peroxide crosslinking was performed in EPDM/ (E-ran-MAA(Zn)-ran-BuMA) blends. The dosage of curing (cross-linking) agent and curing time were investigated to observe the influence of these experimental conditions on cleanability. Finally, a blend compatibilizer was designed to improve the compatibility of the EPDM/ (E-ran-MAA(Zn)-ran-BuMA)/HSR blends.The compatibilizer prepared by partial pre-crosslinking of EPDM (Nordel) and E-ran-MAA(Zn)-ran-BuMA (Surlyn) was incorpo rated in polymer composites and its influence on cleanability was studied and explained on the basis of changes in morphology of the blend polymer matrix.

La prédiction de la réactivité et de la sélectivité d'un processus chimique est cruciale. La théorie de la fonctionnelle de la densité électronique conceptuelle est le cadre théorique dans lequel tous les indices locaux et globaux qui décrivent la réactivité chimique ont été rationalisés. La description d'un processus chimique en terme de dérivées de l'énergie électronique par rapport au nombre d'électrons, ou au potentiel externe fournit une définition à chaque descripteur. Dans ce travail, un nouveau descripteur dual qui caractérise les variations de la dureté lorsque le potentiel externe est modifié, est défini. Il a été étudié à travers trois différentes théories : ses relations avec les fonctions de Fukui, ses relations avec la contribution covalente à l'énergie d'interaction et sa relation avec le principe de dureté maximum. Il apparaît dans les trois cas que le signe du descripteur permet de caractériser le comportement électrophile ou nucléophile d'un site moléculaire. Ce descripteur a finalement été testé à l'aide de différentes réactions classiques en chimie organique. Toutes ses prédictions sont en accord avec les résultats expérimentaux.

La nitruration gazeuse est un traitement thermochimique permettant une meilleure résistance à la fatigue grâce à l’apport de propriétés mécaniques importantes telles que l’augmentation de la dureté et les contraintes résiduelles de compressions. Cette étude est réalisée sur un acier 33CrMoV12-9 utilisé dans l’industrie aéronautique. Un modèle complet adapté à cette nuance permet de quantifier les profils de contraintes résiduelles et de dureté en fonction des paramètres de nitruration. La prise en compte de l’apport de ces propriétés mécaniques est possible grâce à l’utilisation de critère de fatigue de type Crossland. Ce type de critère est intégré dans une méthodologie, afin de calculer la limite en fatigue dans une couche nitrurée et prédire la résistance de la pièce, ainsi que la potentielle zone d’initiation de rupture en fonction d’un chargement, d’une durée de vie et d’une probabilité à rupture donnés. L’utilisation combinée du modèle de calcul des propriétés mécaniques (dureté et contraintes résiduelles) et de la prédiction de l’initiation de rupture dans un matériau nitruré, rend possible une méthode inverse permettant de calculer les paramètres de nitruration adaptés à un chargement subi. Cette approche se justifie dans le cas de nitruration gazeuse, car il a été démontré lors de cette étude, que ce traitement reste robuste face au chargement subi par la pièce. / Gaseous nitriding is a thermochemical treatment that improves fatigue strength by providing important mechanical properties such as increased hardness and residual compressive stresses. This study is carried out on a 33CrMoV12-9 steel used in the aeronautical industry. A complete model adapted to this grade allows to quantify the residual stress and hardness profiles as a function of the nitriding parameters. Taking into account the contribution of these mechanical properties is possible thanks to the use of fatigue criterion such as Crossland. This type of criterion is integrated in a methodology in order to calculate the fatigue limit in a nitrided layer and to predict the resistance of the workpiece, as well as the potential initiation zone of rupture according to a load, a lifetime And a given break probability. The combination of the model for the calculation of mechanical properties (hardness and residual stresses) and the prediction of the initiation of rupture in a nitrided material, makes possible an inverse method allowing to calculate the nitriding parameters adapted to a load suffered. This approach is justified in the case of gaseous nitriding because it has been demonstrated in this study that this treatment remains robust against the loading undergone by the workpiece.

La finalité industrielle de ce travail mené sur des aciers de type Hadfield est l'amélioration de la tenue en service des cœurs de voie. Le mémoire comprend quatre parties. La première partie concerne la compréhension de la problématique rencontrée actuellement sur les cœurs de voie en service. La deuxième partie fait le point des connaissances sur les nuances d'acier dans la même gamme que la nuance actuelle (GX120Mn13). On a sélectionné cinq nuances et ces nuances ont fait l'objet d'une étude mécanique et tribologique dans les troisième et quatrième parties. Un montage sur un tribomètre rotatif a été conçu pour réaliser des essais de fatigue de contact en roulement. Un banc d'essai de chocs-glissement a été conçu et mis au point pour imposer aux matériaux des sollicitations proches de celles exercées en service. Au niveau essai mécanique, le comportement en traction et en compression à des vitesses allant jusqu'à 10 s-1 a été étudié. Ces essais ont montré la capacité d'écrouissage extraordinaire de ces aciers austénitiques. Les essais tribologiques de roulement et de chocs glissement ont permis de déterminer les nuances qui présentent la meilleure résistance à l'usure.

La pyrolyse d'un polymère précurseur permet de réaliser des dépôts céramiques. Comparé aux méthodes classiques (CVD, PVD), le principe est simple mais la réalisation pose des problèmes importants. On ne parvient pas à élaborer de cette façon des revêtements d'une épaisseur supérieure à environ 0,5 micromètres non fissurés et adhérents. L'objectif de cette étude est la compréhension des phénomènes de fissuration spontanée lors de la transformation par pyrolyse d'un film mince de polysilazane en céramique « SiCN ».<br />Dans un premier temps, l'analyse du comportement de dépôts pyrolysés sous différentes atmosphères est effectuée avec un dispositif de micro-pyrolyse spécialement développé pour cette étude. Il permet d'observer en microscopie optique la surface du dépôt en continu pendant le traitement thermique. Nous mettons ainsi en évidence plusieurs phénomènes pendant le chauffage. En particulier, nous montrons que la fissuration des dépôts se produit pendant la montée en température, vers 580°C sous azote ou sous argon. Des caractérisations chimiques montrent que, dans ces conditions, les dépôts sont du type SiCNO avec une couche oxydée (SiO2) en surface (épaisseur 100 nm environ).<br />Des modélisations mécaniques issues de la littérature, puis la construction d'un modèle monodimensionnel simple nous permettent de décrire la fissuration et le décollement des dépôts de manière plus quantitative.<br />La dernière partie de ce travail consiste en la détermination des paramètres principaux qui gouvernent cette fissuration. La caractérisation mécanique des dépôts à différents stades de la transformation du précurseur est effectuée par nanodureté. Nous montrons que la fissuration des dépôts coïncide avec un brutal accroissement des propriétés mécaniques du matériau (dureté et module d'Young) entre 550°C et 650°C, couplé à une augmentation importante du retrait à ces températures. Nous en déduisons que la fissuration résulte de la transition polymère/céramique.

Afin d’obtenir des matériaux aux caractéristiques mécaniques, tribologiques et thermiques améliorées, nous avons élaboré des revêtements nanocomposites à base de TiN en utilisant une technique de dépôt physique en phase vapeur. Ces matériaux aux caractéristiques spécifiques peuvent être exploités pour le surfaçage d’outils de coupe de très haute dureté. En ajustant les processus d’élaboration dont dépendent la microstructure et la microchimie des revêtements, il est possible de contrôler les propriétés de ces matériaux. Cette thèse présente les résultats obtenus sur les trois systèmes de revêtement que sont Ti-Al-N, Ti-Al-Y-N et Ti-Si-N, configurés soit en réseaux superposés multicouche soit en nanocomposites. L’accent est mis sur l’étude systématique de la dureté et de la résistance à l’usure et à l'oxydation en fonction des paramètres de dépôt. En combinant la diffraction des rayons X et la microscopie électronique à transmission avec des tests physico-mécaniques sur une large gamme de configurations de revêtement, on établit une matrice processus-performance prédictive permettant de guider la fabrication de surfaces durcies. / TiN-based nanocomposite coatings were prepared using physical vapor deposition to deliver enhanced mechanical, tribological and thermal characters that can be exploited for superhard cutting tool surfacing. These properties are controlled by tailoring processing methods to tune the microstructure and microchemistry. This thesis examined three coating systems, which are Ti-Al-N, Ti-Al-Y-N and Ti-Si-N, configured variously as multilayer superlattices and nanocomposites to comprehensively correlate hardness, wear resistance and oxidation resistance with deposition parameters. Combining X-ray diffraction and transmission electron microscopy with physical-mechanical testing, over a wide range of coating configurations, enabled construction of a predictive process-performance matrix to guide the fabrication of hardened surfaces.In multilayer TiN/TixAl1-xN coatings prepared by cathodic arc deposition, the mechanical properties were controlled by the layer period that was adjusted by varying substrate rotation speed. A hardness of 39 ± 4 GPa was achieved for a superlattice period of 13 nm, where the coatings contain columnar <111> textured rock salt – type crystals connected by low-angle grain boundaries. When yttrium was introduced to the multilayers, by adding a Y - metal target powered by DC magnetron sputtering, the morphology changed from columnar to acicular grains with smaller grain size. Specifically, by fixing the period at 5.5 nm and incorporating Y from 0 to 2.4 at% the grain size decreased (from 100-200 nm to 20-30 nm) and hardness increased (from 29 ± 7 GPa to 41 ± 3 GPa). The improved performance was a consequence of solid solution hardening that arises from the misfit strain field introduced by Y (element atomic radii 2.12 Å) substitution for Ti (1.76 Å) or Al (1.18 Å), and a nanosize effect, where finer grains result in a greater volume fraction of grain boundaries that block dislocation movement. Higher Y additions also retard oxidation as high temperature (800 ºC) annealing generates Ti2O3, rather than TiO2 as in Y-free coatings, and also affects Al oxidation. Adhesion and wear resistance were not compromised by higher Y contents demonstrating that TiN/TixAl1-xN coatings can enhance mechanical properties and thermal stability. Notably, this work employed a pure Y target, instead of a Ti-Al-Y alloy target, and substrate holder rotation speed was the critical parameter, where faster substrate rotation leads to smaller periods and more uniform Y distribution. However, an Y-rich layer became progressively thicker at slower rotation with the period increasing from 5.5 nm to 24 nm. These Y-rich regions seeded crystal nucleation that reduced coherency at layer interfaces and grain boundaries to significantly degrade mechanical properties (41 ± 3 GPa to 30 ± 5 GPa). Therefore, the period and Y content work in tandem in multilayered TiN/TixAl1-xN coatings and the optimized Y content was to be 2.4 at% at a period of 5.5 nm.Nanocrystallite TiN / amorphous (a)-Si3N4 nanocomposites were fabricated by high power impulse magnetron sputtering. The introduction of silicon by controlling the Si target current can be used to modify the coating structure, tailor mechanical properties, improve wear resistance and passivate oxidation. Smaller crystal sizes promoted at higher Si content lead to TiN / amorphous (a)-Si3N4 nanocomposites, with ~10 at% Si/(Si+Ti) yielding maximum hardness (41 ± 3 GPa). Compared to TiN, Ti0.903Si0.097N showed enhanced resistance to oxidation and wear resistance, however, the TiN crystallites were not completely encapsulated by a-Si3N4 intergranular films and further optimization of the structure and property relationship can be realised.

L’objectif de cette thèse est d’étudier le comportement plastique du carbure de silicium dans le domaine fragile. A cette fin, des essais de déformation par micro et nanoindentation ont été réalisés sur des échantillons monocristallins de SiC (4H et 3C). Des couches homoépitaxiées de 4H-SiC de différents dopages électroniques ont été étudiées. Ces couches présentent des caractéristiques mécaniques différentes en fonction du dopage : le dopage de type p durcit le matériau par rapport au dopage de type n ou au matériau intrinsèque. De plus, l'analyse des courbes charge-enfoncement obtenue en nanoindentation montre que la nucléation des dislocations est plus difficile lorsque le matériau est dopé de type p par rapport au matériau dopé n ou intrinsèque. Ceci est confirmé par les microstructures de déformation observées en Microscopie Electronique en Transmission (MET). Les observations par MET montrent que les dislocations introduites à l'ambiante autour des empreintes sont parfaites et glissent dans les plans {0001} dans le 4H-SiC et dans les plans {111} dans le 3C-SiC. Elles sont orientées principalement le long de la direction vis. Les sites de nanoindentation à température ambiante des couches 4H homoepitaxiées ont été particulièrement étudiés. On met en évidence que les sites de nucléation des dislocations sont vraisemblablement situés dans les plans {1100}, les dislocations se développant par la suite dans le plan basal. La nature des cœurs des dislocations parfaites a été déterminée par la technique LACBED. Ces dislocations parfaites ont un cœur silicium en mode shuffle. Un changement de mécanisme de plasticité est observé par MET pour les échantillons indentés 800 / The aim of this thesis is to study the plastic behaviour of silicon carbide in the brittle domain. For this purpose micro and nanoindentation deformation tests were performed on single crystal specimens of SiC (4H and 3C). Homoepitaxial layers of 4H-SiC with different doping have been studied. These layers show different mechanical characteristics as a function of doping: p-type doping hardens the material as compared to n-type doping or intrinsic material. In addition, load-penetration depthcurves show that the nucleation of dislocations is more difficult in p-doped material as compared to intrinsic or n-doped material. This is confirmed by deformation microstructures observations using Transmission Electron Microscope (TEM). TEM observations show that dislocations introduced around the imprints at room temperature are perfect dislocations gliding in the {0001} plane in 4H-SiC and in the {111} plane in 3C-SiC. They are mostly screw oriented. Room temperature nanoidentation imprints of4H homoepitaxied layers have been extensively studied. It is evidenced that dislocation nucleation sites are likely to be located in {1100} planes and that dislocations bow out subsequently in the basal plane. The core nature of perfect dislocations has been determined using the LACBED technique. Those perfect dislocations have a silicon core in the shuffle mode. TEM observations on specimens indented at 800ºC indicate a change in plastic deformation mechanism. At this temperature, partial dislocations with large stacking faults are observed.

La texture de l'albumen de blé tendre (Triticum aestivum) est une propriété importante du grain qui affecte son comportement au fractionnement, ainsi que la qualité des produits finis. Elle est définie par la dureté et la vitrosité qui sont deux propriétés différentes du blé. La dureté est reliée à l'adhésion entre les granules d'amidon et la matrice protéique (principaux constituants de l'albumen) qui est contrôlée génétiquement à travers l'état des puroindolines (sauvages ou mutées). La vitrosité est associée à la porosité de l'albumen et varie principalement en fonction des conditions de culture. Le principal objectif de ce travail de recherche est de contribuer à la compréhension du lien entre la texture de l'albumen et le comportement des grains à la mouture, en fonction de la génétique (puroindolines) et des conditions de culture (porosité). Des grains issus de lignées quasi-isogéniques, ne différant que par l'état allélique de la puroindoline b (Pinb-D1a pour les soft et Pinb-D1b pour les hard) et cultivés dans deux endroits différents (grains vitreux et farineux) ont été spécifiquement sélectionnés pour distinguer le rôle respectif des puroindolines et de la porosité sur la microstructure de l'albumen et sur les propriétés mécaniques à l'échelle de l'albumen et d'une population de grains. Cette analyse multi-échelles a permis de préciser que l'effet de la porosité de l'albumen domine sur la microstructure pour les grains farineux, indépendemment de la génétique, et que l'adhésion amidon-protéines est également impliquée dans le cas des grains vitreux. La porosité et l'adhésion entre les constituants de l'albumen sont tous deux responsables des différences observées de propriétés mécaniques, de comportement des grains à la mouture et de propriétés de la farine. A l'échelle nanométrique, nous avons réussi à mesurer les propriétés mécaniques locales de l'amidon et du gluten en associant une méthode originale utilisant la microscopie à force atomique (AFM) avec un modèle de tribologie. Pour la première fois, nous avons montré que la dureté de l'amidon est quatre fois plus élevée que celle du gluten, indépendamment de leur origine génétique. Nous avons aussi montré pour la première fois que les propriétés mécaniques de l'interface entre amidon et protéines étaient dépendantes de l'origine génétique des blés, et plus précisément des puroindolines. Ces résultats confirment que la dureté du grain n'est pas liée aux propriétés mécaniques des constituants du blé mais plutôt à l'interface amidon-protéine. Ces données ont été intégrées par la suite dans un modèle numérique qui permet de prédire le comportement mécanique global des échantillons en fonction du degré d'adhésion entre amidon et protéines, l'assemblage granulaire des particules d'amidon et la teneur en protéines. Ce modèle a permis de mettre en évidence l'effet de l'assemblage des granules d'amidon sur les propriétés mécaniques, qui a été jusqu'ici négligé dans l'évaluation de la vitrosité. / Endosperm texture is one of the most important grain properties for fractionation behaviour and end-use quality of common wheat (Triticum aestivum). Hardness and vitreousness are distinct grain properties that are both responsible of grain texture. Hardness is related to the starch and protein (endosperm main components) adhesion that is genetically controlled depending on the wild or mutated puroindolines. Vitreousness is associated to endosperm porosity and is mainly affected by the growing conditions. The principal aim of this PhD work is to contribute understanding the link between endosperm texture and the grain milling behaviour, depending on the wheat genetic background (puroindolines) and growth conditions (porosity). Near-isogenic lines differing only by the puroindoline b allelic state (Pinb-D1a for soft and Pinb-D1b for hard) and grown in different locations (vitreous and mealy kernels) were specifically selected to analyse the endosperm microstructure and mechanical properties at the kernel and grain population scales. The multi-scale analysis pointed out, in mealy grains, the dominant effect of porosity on the endosperm microstructure whatever the genetic background, and showed that the starch-protein adhesion is also involved in vitreous kernels. Both endosperm porosity and starch-protein adhesion are responsible for the distinct endosperm mechanical properties, milling behaviour and flour properties. At the nanoscale, an original nanoscratching method using Atomic Force Microscopy (AFM) was associated with a tribological model to measure the mechanical properties of wheat endosperm main components. For the first time, the hardness of starch was found four fold higher than that of gluten, whatever the genetic origin. Most importantly, the AFM methodology clearly revealed differences in the mechanical properties of starch-protein interface between hard and soft grains. These results confirm that grain hardness is related to the mechanical properties of the starch-protein interface and that the puroindolines nature is involved in these properties. The nano-mechanical properties of starch and proteins determined by AFM were integrated in the numerical modelling to predict wheat fractionation according to the starch-protein adhesion, the starch particles assembly and the protein content. The numerical model highlighted the effect of the starch granular assembly on wheat grains mechanical properties, which has not been taken into account before to evaluate the effect of vitreousness.