Cette thèse présente la mise en place d'une méthodologie pour un dialogue multi-échelle entre la caractérisation microstructurale, consistant en une étude de la morphologie et de la texture cristallographique du matériau, et celle des champs mécaniques associés, notamment de déformation. Cette méthode est basée sur un couplage entre la caractérisation expérimentale de la microstructure, des essais mécaniques macroscopiques, des mesures de champs de déformation déterminées à l'échelle intragranulaire, et des simulations numériques par éléments finis. Enfin une définition d'une fonction coût est proposée dans le but d'optimiser les paramètres de la loi de comportement cristallographique retenue. <br /><br />Cette méthode a été appliquée à l'étude des alliages de zirconium dans le but d'améliorer la compréhension de leur comportement mécanique en relation avec leur microstructure. Compréhension qui est un point clef de leur utilisation dans le domaine de l'industrie nucléaire. Cette thèse a été réalisée dans le cadre du CPR SMIRN, regroupant des laboratoires du CNRS, du CEA et d'EDF.

Thèse doctorat : Physique et Chimie de la Matière et des Matériaux : Nancy 1 : 2006. / Titre provenant de l'écran-titre.

Th. doct.-ing.--Physicochim. des matér.--Toulouse--I.N.P., 1978. N°: 20.

Les cristaux de KDP (KH2PO4) et de DKDP (K(H1-xDx)2PO4) sont largement utilisés pour leur propriété optique non linéaire comme convertisseur de fréquence ou cellule de Pockels. Le développement d’un système de croissance rapide par circulation de solution sous conditions stationnaire permet d’obtenir des cristaux de DKDP plus rapidement avec une distribution en deutérium homogène. Cependant, les premiers optiques obtenus par ce système montrent de fortes perturbations optiques en cartographie de surface d’onde ainsi que du crazing (formation de fissure sur le surface résultant d’un échange isotopique entre H/D).pouvant rendre leur utilisation problématique. Des défauts structuraux en topographie des rayons X ainsi qu’un abaissement de surface de 100 nm (mesuré en microtopographie de surface) ont été observés et sont corrélés par leur localisation avec les perturbations optiques. Cette localisation, identifiée comme étant le secteur vicinal shallow, est également la partie du cristal subissant le plus fort échange isotopique H/D. De plus, il a été montré récemment que le crazing pouvait être provoqué par la présence d’impuretés silicate s’incorporant dans une partie spécifique du cristal, le secteur shallow. Afin de déterminer qui, de l’incorporation d’impureté ou de l’échange isotopique, est responsable des défauts observés, des mesures similaires ont été réalisées sur une lame de KDP. Des perturbations optiques et des défauts structuraux ont également été observés, traduisant le fait que le deutérium exacerbe certains défauts, tel que l’abaissement de surface, mais n’en est pas l’origine. L’incorporation d’impureté dans le secteur shallow est donc l’hypothèse retenue quant à l’origine des perturbations optiques. Afin d’améliorer la qualité des optiques, les paramètres de croissance tels que la température, la sursaturation et le pH ont été modifiés pour identifier des conditions optimales de croissance, sans défauts structuraux ni perturbations optiques. Les topographies aux RX des cristaux obtenues dans les différentes conditions testées, montrent qu’une croissance avec un pH acide présente des qualités optiques prometteuses. Parallèlement, des mesures en ICP-MS ont été réalisées afin d’identifier l’impureté s’incorporant dans le secteur shallow, révélant une corrélation possible entre concentration en calcium et contraste en topographie aux RX. / KDP (KH2PO4) and deuterated DKDP (K(H1-xDx)2PO4) crystals are widely used for their nonlinear optical properties as frequency converters or Pockels cells. The development of a system for rapid growth under stationary conditions led to obtain DKDP crystals in shorter time with homogeneous distribution of deuterium. However, the first uncoated optics cut from DKDP crystals grown with such system showed significant perturbations of the laser wave front (optical distortions) as well as crazing (formation of cracks on the surface due to the isotopic H/D exchange), which may render problematic the utilization of these crystals as optics for high energy lasers. Recently, it has been shown that crazing could be promoted by the presence of silicate impurities incorporated into specific parts of the crystal: the vicinal sectors, shallow. To obtain DKDP crystals with optimal optical properties it was thus of major importance to determine the origin of the optical distortions, their eventual correlation with crazing and identify the mechanism responsible: nature of impurity, its gradient between sectors and what part does the isotopic composition play. We have confirmed for KDP the direct correlations observed in DKDP between vicinal sectors, contrasts in X-ray topography and optical distortions. Complications specific to DKDP related to deuterium losses were observed: crazing and surface alteration takes place only in the vicinal sectors previously identified. So even if inhomogeneous deuterium losses in DKDP may cause optical distortion by itself and should thus be avoided in coated optics, other causes exist. Hence, gradients of traces impurities inside the crystal appear to be at the origin of several phenomena leading to optical distortions. To improve optical quality, growth parameters, as temperature, supersaturation and pH, are modified to identify optimal conditions. X-ray topography obtained for each parameters demonstrate that a crystal grown at acid pH havs a very low density of defects. Simultaneously, ICP-MS is used to identify impurity incorporating inside vicinal sector shallow, revealing a correlation between Ca2+ concentration and structural defects in X-ray topography.

La prédiction du clivage des aciers ferritiques a été largement étudiée à l’aide de l’approchelocale de la rupture, et des modèles macroscopiques identifiés phénoménologiquement comme celui de Beremin. Cette prédiction reste cependant difficile dans le domaine de transition ductilefragile. Cela a conduit à des études micromécaniques par les approches polycristallines afin de décrire l’évolution de la contrainte de clivage en fonction de la température pour les aciers bainitiques. Dans cette étude, on utilise une approche polycristalline, puis on développe un modèle macroscopique de prédiction du clivage d’un acier de microstructure plus simple, un acier sphéroïdisé. De nombreux résultats de la littérature indiquent que leur rupture est due à la microfissuration des carbures. Le comportement mécanique et la rupture d'un acier sphéroïdisé C35R sont obtenus par des essais de traction simple et de ténacité dans une gamme de température entre -196 et 20°C. Les analyses microstructurales sont effectuées pour déterminer la distribution de taille des grains et des carbures. Des modélisations simplifiées de la microstructure de l’acier sont proposées. L’aspect polycristallin du matériau est pris en compte. Une étude paramétrique concernant la distribution des contraintes dans les carbures est réalisée. On montre que les paramètres du modèle polycristallin n’influencent pas cette distribution à la condition de représenter le même comportement global en traction. La prédiction de la rupture par clivage est basée sur une approche probabiliste, considérant la dispersion des contraintes dans les carbures due à l'hétérogénéité des champs mécaniques issue de la modélisation polycristalline. La probabilité élémentaire de rupture des carbures est ainsi obtenue. Différents modèles de rupture macroscopiques sont alors développés, basés sur des critères en germination et propagation des microfissures. Ils sont appliqués à une éprouvette SENT afin de prédire la ténacité dans le bas de la transition ductile-fragile. La comparaison avec les résultats expérimentaux montre que l’on doit prendre en compte l’évolution de la densité volumique des microfissures avec le chargement, l’extension des microfissures de taille variable ou leur émoussement. L’importance des différents critères dépend de la température. / The cleavage fracture prediction of the ferritic steels has been widely studied using the localapproach to fracture and macroscopic phenomenological models like Beremin. This prediction remains difficult in the ductile-brittle transition domain. Therefore, micromechanical studies have been carried out using polycrystalline approaches to describe the evolution of the cleavage stress in function of temperature for the bainitic steels. In this study, a macroscopic model using a polycrystalline approach is developed to predict the cleavage of one steel with a simple microstructure: a spheroidized steel. Many results in the literature indicate that its fracture is due to carbide microcracking. The mechanical and fracture behavior of a spheroidized steel C35R are obtained by tensile and toughness tests in a temperature range between -196°C and 20°C. The microstructural analyses are performed to determine the grain and carbide size distribution. Simplified microstructure models of the steel are proposed. The polycrystalline aspect of the material is taken into account. A parametric study on the carbide stress distribution is carried out. It is shown that the parameters of the polycrystalline model do not influence the carbide stress distribution if the same global tensile behavior is represented. The cleavage fracture prediction is based on the probabilistic approach, considering the stress scatter in the carbides due to the mechanical fields’ heterogeneity related to the polycrystalline modelling. Thus, the elementary fracture probability function is obtained. Different macroscopic fracture models are then developed based on the criteria based on nucleation and propagation of microcracks. The models are applied to a SENT specimen to predict the toughness in the bottom of the ductile-brittle transition domain. The comparison with experimental results shows that the evolution of the microcracks volume density with the loading, the extension of the microcracks with various sizes or their blunting, must be taken into account. The importance of the different criterions depends on the temperature.

L’objet de cette thèse est de démontrer que pour certaines représentations p : GK −! GLn(Fp) continues de GK, il existe un relèvement r : GK −! Gln (Zp) de p en une représentation cristalline. C’est un problème purement local, tout comme les méthodes utilisées pour le résoudre. / In this thesis, we prove that certain representations of the absolute Galois group of a finite extension of Qp with coefficients in Fp lift to crystalline representation with coefficients in Zp.

L'essor des microsystèmes contraint à développer des techniques qui permettent la production de pièces de plus en plus petites. Parmi ces techniques, l'injection de matériaux thermoplastiques dans des micro-moules, nommée microinjection, est un candidat de choix et commence à s'implanter dans le milieu industriel. Mais des verrous techniques et scientifiques empêchent son développement à plus grande échelle. Conscient de ces problèmes, le CEMEF de MinesParisTech, le PIMM de Arts et Métiers ParisTech et la société GETELEC ont déposé un projet ANR Mat&Pro intitulé Micronnect dont le but était à la fois de mettre au point un nouveau concept de machine de microinjection, d'étudier la rhéologie à haut taux de déformation, et pour nous au laboratoire PIMM, de comprendre et déterminer l'influence des hautes vitesses de déformation sur les microstructures et propriétés induites dans les polymères semi-cristallins qui représentent la grande majorité des polymères aujourd'hui utilisés en microinjection. Les études ont été menées sur un PEhD et un PA12 qui ont été injectés dans des plaques de faibles épaisseurs (200, 300 et 500 µm). Les analyses obtenues par la microscopie optique montrent que la morphologie " cœur-peau " n'est constituée que de deux couches visibles, une couche de peau transparente d'épaisseur constante et une couche de cœur assez uniforme. Les analyses combinées de diffusion et de diffraction des rayons X (SAXS et WAXS) avec un microfaisceau synchrotron nous ont permis de déterminer la microstructure induite dans l'épaisseur des pièces. Contrairement à l'injection en plus forte épaisseur, la couche de peau est constituée de shish-kebabs et s'avère la couche la plus orientée. L'épaisseur joue un rôle prépondérant avec des microstructures en shish-kebabs qui se prolongent jusqu'à cœur lorsque l'épaisseur diminue jusqu'à 0,3 ou 0,2 mm. La longueur d'écoulement, le temps d'injection et la température du moule ont également une influence significative. On recherchera des temps d'injection les plus rapides possibles, quelques centièmes de seconde, pour permettre à la fois un bon remplissage des cavités moulantes et une diminution des orientations cristallines, ce qui a pour effet une meilleure relaxation des chaînes de polymères après le remplissage et avant la cristallisation. On comprend alors que les technologies classiques de l'injection doivent évoluer.

Les bronzes mixtes de forume MxV2-yTyO5 étudiés par J. Darriet (1 à 4) constituent une extension importante des bronzes oxygénés de vanadium MxV2O5 ou MxV5+2-xV4+xO5 ; le bronze mixte correspond alors à la substitution couplée : ...

En utilisant une démarche de type "Chimie du Solide", le rôle des principaux facteurs caractérisant la surface du substrat (composition chimique, structure et liaisons chimiques) sur la germination de cristallites de diamant, ainsi que leur morphologie, a ete mis en évidence. La densité de nucléation et le rapport Csp2/Csp3 ont pu notamment etre corrélés a la diffusion du carbone dans le substrat. Afin de contrôler celle-ci, des couches superficielles de composes covalents tels que les nitrures et les borures ont été utilisées. Elles ont permis d'atteindre des densités très importantes de nucléi de diamant pour des temps de dépôt relativement courts. L'ensemble des résultats concernant le dépôt par hétéroépitaxie du diamant a permis de proposer une méthodologie au niveau du choix du substrat et des espèces réactives pour l'obtention de couches minces de nitrure de bore cubique.

La structure bronze quadratique de tungstène, grâce à sa flexibilité cristallochimique, est une candidate légitime pour le développement de matériaux fonctionnels. L'étude des propriétés diélectriques, pyroélectriques, et ferroélectriques de céramiques de formulation Ba2NdFeNb4-xTaxO15 montre un crossover relaxeur-ferroélectrique-paraélectrique, avec une hystérèse thermique de la transition ferroélectrique. L'étude structurale des monocristaux relaxeurs Ba2LnFeNb4O15 (Ln=La, Pr, Nd, Sm, Eu), obtenus par la méthode du flux, a mis en évidence une structure modulée. L'affinement de la structure de base prouve l'existence de moments dipolaires dans le plan ab (dus à une distorsion des octaèdres [NbO6]). Afin d'établir un lien entre la structure cristalline et les propriétés d'un composé dérivé du multiferroïque MnWO4, la croissance en four à image de Mn0,85Mg0,15WO4 a été entreprise avec succès.