Compte tenu de leurs propriétés mécaniques spécifiques extrêmement intéressantes, les alliages de titane sont largement utilisés notamment pour des applications aéronautiques. Une des limitations concerne certains composants critiques des turbomachines pour lesquels un effet « dwell » est parfois constaté. Ce processus survient dans des conditions particulières combinant un chargement cyclique (fatigue) et statique (fluage) à une température proche de l’ambiante et peut conduire à une rupture prématurée. Bien que de nombreuses études aient permis de cerner le problème, son origine physique/mécanique demeure mal comprise.Les travaux réalisés, essentiellement expérimentaux, visent à analyser les mécanismes de déformation et d’endommagement, sous chargement dwell, à différentes échelles et en lien avec la microstructure métallurgique de l’alliage Ti6242 lamellaire considéré. Des configurations particulières de colonies de lamelles que l’on a nommé « plumes » ont été identifiées comme étant à l’origine de la rupture en dwell. Les caractéristiques morphologiques et cristallographiques correspondantes ont été analysées par différents moyens de microscopie optique et électronique. Un outil d’analyse d’images basé sur la transformée de Fourier rapide a été spécifiquement développé afin de repérer et de quantifier ces éléments à l’échelle de la pièce. Au-delà des campagnes d’essais mécaniques mettant en évidence les conséquences de l’effet dwell en termes de durée de vie, des essais in situ sous microscope réalisés en traction, fluage et dwell sur des « micro-éprouvettes » instrumentées ont permis de mieux comprendre les processus élémentaires de déformation associés aux plumes et conduisant à des hétérogénéités des champs de déformation favorables à l’amorçage de fissures. / Thanks to their extremely attractive specific mechanical properties, titanium alloys are widely used, especially for aerospace applications. However, a “dwell-effect” may sometimes be observed, reducing the lifetime of some critical jet engine components. This phenomenon occurs under specific conditions combining cyclic (fatigue) and static (creep) loading at near ambient temperature and can lead to an early failure. Though many studies have investigated this problem, its physical and mechanical origin remains poorly understood.The aim of the present work was to analyse the deformation and damage mechanisms under dwell loading at different scales, and in relation with the microstructure of a fully lamellar Ti6242 alloy. Particular arrangements of colonies, so-called “feather-like structures”, have been identified as the origin of the failure under dwell conditions. Their morphological and crystallographic characteristics have been analysed by various optical and scanning electron microscopy means. A dedicated image analysis tool based on the fast Fourier transform has been developed to localize and quantify the feather-like structures at the scale of a jet engine component. A mechanical testing campaign demonstrated the dwell-effects consequence on the lifetime until failure. Furthermore, tensile, creep and dwell tests have been carried out in situ under the microscope on “microsamples” bearing gauges. They enabled a better understanding of the elementary deformation processes associated to the feather-like structures and how these structures lead to strain field heterogeneities favouring crack initiation.

L'application d'un temps de maintien, même de faible durée, lors d'un chargement cyclique, modifie de façon très sensible à la fois le comportement contrainte-déformation et le nombre de cycles à amorçage dans l'alliage base titane TI-6242. Ceci est lié à un régime de fluage cyclique, conduisant à de la déformation progressive d'une part, et à une forte interaction fatigue-temps de maintien pour ce qui concerne le nombre de cycles à amorçage. Les différents phénomènes sont pour le moment assez mal analysés, si bien qu'il n'est pas possible d'effectuer une conception optimale des pièces, de larges marges de sécurité étant nécessaires. Le but du travail est de mieux comprendre les mécanismes locaux qui régissent le comportement et l'amorçage des fissures, dans le but de suggérer des microstructures optimales, et de calibrer des modèles macroscopiques utilisables en bureau d'études. En s'appuyant sur une base expérimentale fournie par Snecma et l'ENSMA, une approche multiéchelles a été mise en place pour représenter les hétérogénéités locales qui ont un rôle significatif sur les comportements observés. Dans les calculs des microstructures, faisant intervenir une étape d'évaluation statistique, on se focalise sur la représentation explicite des ”plumes”, grains de taille exceptionnelle, qui sont à l'origine des premières microfissures en raison du contraste cristallin qu'ils introduisent avec l'environnement. Une revue des différentes configurations de plumes, afin de retenir celles qui sont le plus critique, a été établie. Cette analyse a permis de mettre en évidence la présence de plumes simples, doubles ou triples, les domaines se présentant sous formes de bandes. Les configurations à étudier comportent comme paramètres critiques l'orientation géométrique de la bande par rapport à la direction du chargement macroscopique, mais surtout l'orientation cristallographique au sein de cette (ces) bande(s). Des calculs systématiques ont été effectués afin de mener une étude statistique et de déterminer les configurations les plus sensibles. / The application of a dwell period, even of short length, during a cyclic loading, simultaneously changes the stress-strain behaviour and the number of cycles to failure in a very sensitive way. This phenomenon is connected to a cyclic creep regime, generating progressive deformation, and to a strong interaction between the fatigue process and dwell periods for the number of cycles to failure. All these phenomena are poorly analysed nowadays, so that engineers hardly perform optimal design of the components, since large security margins are necessary. The aim of the work is to better understand the local mechanisms which govern both behaviour and crack initiation, having in view optimal microstructures, and to calibrate manageable macroscopic models for the design department. Using an experimental data set given by Snecma and ENSMA, a multiscale approach has been developed to represent the local heterogeneities that play a significant role on observed behaviour. In the calculations of microstructures that are performed for a statistical evaluation, the focus is made on the explicit representation of the so called "plumes", that are grains of exceptional size, which are at the origin of the first microcracks due to crystal contrast they introduce with the environment. A review of various "plume" configurations is made, in order to investigate the most critical ones. This analysis allowed to shed the light on the presence of simple, double or triple "plumes", the domains being in band shapes. The critical parameters are the geometric arrangement of the band with respect to the direction of the macroscopic loading, but essentially the crystal orientation within this (these) band(s). Systematic calculations were carried out in order to do a statistical study and to determine the most critical configurations.