La fissuration en relaxation se développe au voisinage de certaines soudures en acier inoxydable austénitique lorsque celles-ci sont réchauffées à des températures supérieures à 450 °C. Cet endommagement intergranulaire intervient lorsque les zones affectées ne possèdent pas une ductilité suffisante pour relaxer les contraintes résiduelles liées au soudage. L'analyse de zones affectées en acier 316 (17Cr-12Ni-2.5Mo) a montré que celles-ci étaient fortement écrouies lors du soudage et que les fissures intergranulaires résultaient de la coalescence de micro-cavités similaires à celles observées en fluage. Une microstructure équivalente à celle des zones affectées a été reproduite par laminage pour trois aciers de type 316 possédant des teneurs en carbone et en azote différentes (316L, 316L(N), 316H). Des essais de traction, de fluage et de relaxation ont été réalisés à 550°C et à 600°C sur des éprouvettes lisses, entaillées et pré-fissurées prélevées dans ces coupons laminés ainsi que dans des coupons vierges. L'écrouissage entraîne un fort durcissement lié à l'effet direct de l'augmentation de la densité de dislocations et une chute de la ductilité qui n'est pas due à un changement de mécanisme de rupture mais à une augmentation de la cinétique d'endommagement intergranulaire. Cette fragilisation par écrouissage est telle que l'on est parvenu à reproduire la propagation de fissure en relaxation sur matériau écroui alors qu'elle reste très limitée sur matériau vierge. L'importance de l'écrouissage sur la fissuration en relaxation, déjà évoquée par Chabaud-Reytier (1999) à propos d'un acier inoxydable stabilisé au titane de type 321 (18Cr-10Ni-0.5Ti), concerne donc également les aciers non stabilisés de type 316 quelle que soit leur teneur en éléments interstitiels. A partir de mesures de la densité locale de micro-fissures et de calculs des champs mécaniques par éléments finis, un nouveau modèle d'endommagement intergranulaire a été identifié sur des éprouvettes entaillées en acier 316L(N) testées en fluage à 600°C. Ce modèle permet de rendre compte de l'effet fragilisant de l'écrouissage, en fluage comme en relaxation, et met en évidence l'importance du taux de triaxialité des contraintes sur la cinétique de l'endommagement intergranulaire. Le risque de fissuration en relaxation au voisinage d'une soudure peut alors être estimé à partir des champs de contraintes et de déformations résiduelles.

Les travaux effectués concernent le développement et la caractérisation de nouveaux alliages de titane à grande déformation, combinant des effets TRIP (« Transformation Induced Plasticity ») et TWIP (Twinning Induced Plasticity »). Ils s’inscrivent dans le cadre de la recherche de technologies plus économiques en termes de coûts énergétiques, nécessitant en particulier le développement de matériaux structuraux légers et performants avec une résistance, une ténacité et une ductilité exceptionnelles. Nous avons d’abord utilisé une approche semi-empirique, combinant calculs théoriques et données expérimentales, comme méthode de conception de ces nouveaux alliages. Basée sur des paramètres électroniques, cette approche permet de contrôler le degré de stabilité de la phase β du titane. Cette métallurgie, appelée métallurgie combinatoire, nous a permis de développer rapidement 3 nouvelles nuances d’alliages, qui sont : le Ti-8.5Cr-1.5Sn, Ti-8.5Cr-1.5Al, et le Ti-10V-4Cr-1Al. Il s’avère que plusieurs mécanismes de déformation sont déclenchés pour accommoder plastiquement le matériau, lors d’une sollicitation mécanique externe. Parmi ces mécanismes, sont présents le maclage {332}⟨113⟩, la martensite sous contrainte, et le glissement des dislocations. Nous avons montré que leur synergie donnée naissance à deux effets, un effet de raffinement microstructural dit « effet Hall & Petch dynamique », et un effet assimilable aux interactions matrice-renforts, appelé « effet Composite ». Nous avons mené ensuite une campagne d’essais balistiques comparative avec d’autres alliages de titane, pour analyser le comportement à l’endommagement, au plus proche d’une potentielle application industrielle. Nous avons montré que les alliages ayant la capacité d’être transformable par déformation sont ceux qui possèdent la ténacité (KIC) et la résilience (KCV) la plus élevée. Enfin, dans une dernière partie, axée sur l’ouverture de cette thématique, nous avons étudié dans un premier temps la transposition de la méthode de conception à un alliage industriel. Puis, dans un deuxième temps, une transposition des effets TRIP/TWIP à des matrices α+β, dont les résultats prometteurs des propriétés mécaniques offrent de nouvelles perspectives. / The work carried out concerns the development and characterization of new high deformation titanium alloys, combining TRIP (Transformation Induced Plasticity) and TWIP (Twinning Induced Plasticity) effects. They are part of the search for more economical technologies in terms of energy costs, requiring in particular the development of lightweight and efficient structural materials with exceptional strength, toughness and ductility. We first used a semi-empirical approach, combining theoretical calculations and experimental data, as a method for designing these new alloys. Based on electronic parameters, this approach makes it possible to control the degree of stability of the β phase of titanium. This metallurgy, called combinatorial metallurgy, allowed us to quickly develop 3 new grades of alloys, which are : Ti-8.5Cr-1.5Sn, Ti-8.5Cr-1.5Al, and Ti-10V-4Cr-1Al. It turns out that several deformation mechanisms are triggered to plastically accommodate the material during an external mechanical stress. Among these mechanisms are the {332}⟨113⟩ twinning, the stress martensite, and the dislocation slip. We have shown that their synergy gives rise to two effects, a microstructural refinement effect called "dynamic Hall & Petch effect", and an effect comparable to the matrix-reinforcement interactions, called the "Composite effect". We then carried out a comparative ballistic test campaign with other titanium alloys, to analyze the behavior to damage, closest to a potential industrial application. We have shown that alloys with the ability to be transformable by deformation are those with the highest toughness (KIC) and resilience (KCV). Finally, in a final part, focusing on the opening of this thematic, we first studied the transposition of the design method to an industrial alloy. Then, a transposition of the TRIP / TWIP effects to α+β matrices, whose promising results of mechanical properties offer new perspectives.Keywords : Titanium alloys, Twinning, Strain-hardening, Deformation microstructure, Martensitic phase transformation.

Avec le développement des matériaux fonctionnels (multi-matériaux, multicouches,…), la caractérisation du comportement mécanique par des moyens macroscopiques conventionnels est devenue de plus en plus difficile. Ces méthodes conventionnelles sont donc substituées progressivement par des moyens de caractérisation multi-échelles. Parmi ces moyens, la nanoindentation, qui peut résoudre certains défis de la micro-caractérisation tels que la présence de phases indissociables, les systèmes multicouches, les revêtements ultra-minces, etc. Cet outil est devenu une technique de haute précision capable de solliciter des volumes de matière très faibles et fournir des informations riches pour la caractérisation des matériaux. Cependant, cet outil est utilisé majoritairement pour identifier les propriétés élastiques et qualitativement certains paramètres tels que la dureté, la ductilité et les contraintes internes.Ce travail de thèse s’intéresse à la caractérisation du comportement élastoplastique par nanoindentation à deux échelles : l’échelle macroscopique et l’échelle du cristal.Le premier défi de ce travail est expérimental. Il s’agit de générer des surfaces avec des propriétés représentatives de la microstructure étudiée. Ce défi est d’autant plus relevé que le matériau utilisé comme modèle est l’acier 316L très ductile et dont la surface est sensible au moindre changement. Un protocole expérimentale a été mis en place, à l’issu de ce travail, et les erreurs et dispersions de la réponse en nanoindentation introduites par les différentes étapes de génération de surface ont été quantifiés.Une base de données étendue a été mise en place, par la suite. Différentes géométries d’indent ont été appliquées à plusieurs profondeurs. Cette base de données va alimenter des stratégies d’identification inverse basée sur un couplage entre des algorithmes d’optimisation et une modélisation éléments finis de l’essai. Deux types d’algorithme ont été appliqués : Levenberg-Marquardt et l’algorithme génétique. Ce dernier est très consommateur en temps de calcul. Différents modèles EF axisymétrique et 3D ont été utilisés. Ces modèles ont été soigneusement optimisés par rapport au temps de calcul.Plusieurs stratégies d’identification ont été employées en se basant sur différentes données expérimentales issues de l’essai de nanoindentation telles que la courbe de charge-décharge, la forme de l’empreinte résiduelle et l’association de plusieurs géométries d’indent. Plusieurs modèles d’écrouissage isotrope ont été identifiés. À l’échelle macroscopique, les modèles d’écrouissage isotrope classiques ont été déterminés. À l’échelle du grain, la loi cristalline de Méric et Cailletaud a été identifiée. Les résultats obtenus ont été confrontés, à l’échelle macroscopique, à des identifications réalisées sur le même matériau à partir des essais de traction et de compression et ont montré que l’association de multiples géométries d’indentation permet de reproduire le comportement volumique du 316L avec une précision acceptable. Pour le comportement du cristal, des essais de compression de micropilliers ont été utilisé pour se procurer des données de référence à cette échelle. La comparaison montre beaucoup de dispersion dans les deux cas. En effet, certains phénomènes liés à la densité de dislocation très variables d’un grain à l’autre sont responsables de cette dispersion. Cette densité de dislocation n’est pas prise en compte, en tant que variable, dans le modèle cristallin utilisé. L’utilisation d’un modèle plus physique intégrant la densité de dislocation et son évolution permet d’améliorer ces résultats. Enfin, une nouvelle méthode d’identification a été proposée. Cette méthode est basée sur l’estimation et l’introduction de la géométrie réelle de l’indent dans le modèle EF utilisé pour l’identification. La méthode a été validée dans le cas de la pointe Berkovich et elle montre des résultats très prometteurs. / With the development of functional materials (multi-materials, multilayers, ...), the mechanical behavior characterization by conventional macroscopic methods has become progressively difficult. These conventional methods are therefore gradually substituted by multiscale characterization processes. Among these methods, the nanoindentation, this can solve certain challenges of micro-characterization such as the presence of indissociable phases, multilayer systems, ultra-thin coatings, etc. This tool has become a high-precision technique capable of testing very small volumes of matter and providing rich information for material characterization. However, this tool is used mainly to identify the elastic properties and, qualitatively, some parameters such as hardness, ductility and internal stresses.This thesis work focuses on the characterization of elastoplastic behavior by nanoindentation at two scales: the macroscopic scale and the crystal scale.The first challenge of this work is experimental. It involves generating surfaces with properties representative of the studied microstructure. This challenge is important because the material used as a model is 316L steel which is very ductile and whose surface is sensitive to small perturbations. An experimental protocol was implemented at the end of this work, and the errors and dispersions of the nanoindentation response introduced by the different surface generation steps were quantified. Then, a wide database was implemented with different indenter geometries and several depths. This database will feed inverse identification strategies based on a coupling between optimization algorithms and finite element modeling of this test. Two types of algorithm have been applied: Levenberg-Marquardt and genetic algorithms. The latter is very consumer in computing time. Different axisymmetric and 3D FE models have been used. These models have been carefully optimized with respect to computation time.Several identification strategies were employed based on various experimental databases from the nanoindentation test such as the loading-unloading curve, the residual imprint shape and the association of several indent geometries. Some models of isotropic hardening have been identified. On the macroscopic scale, classical isotropic hardening models have been determined. At the grain scale, the crystal plasticity constitutive model of Méric and Cailletaud has been identified. The results obtained were compared on the macroscopic scale with identifications carried out on the same material from the tensile and compression tests. The comparison showed that the combination of multiple indentation geometries makes it possible to reproduce the volume behavior of the 316L with acceptable accuracy. For crystal behavior, micropillar compression tests were used to obtain reference data at this scale. The comparison shows a lot of dispersion in both cases. Indeed, some phenomena related to the density of dislocation very variable from one grain to another are responsible of this dispersion. This dislocation density is not taken into account, as a variable, in the used crystal constitutive model. The use of a more physical law integrating the dislocation density and its evolution makes it possible to improve these results. Finally, a new identification method has been proposed. This method is based on estimating and introducing the real indent geometry in the FE model used for identification. The method has been validated in the case of Berkovich tip and shows very promising results.

Cette thèse s'ajoute aux différents travaux de recherche qui traitent des alliages d'aluminium fortement utilisés dans l'industrie aéronautique et contribue fortement à comprendre le comportement élastoplastique en chargement cyclique à contrainte imposée du 2017A. L'apport essentiel de ce travail est l'étude de l'anisotropie propre du matériau utilisé à travers le suivi de l'évolution des différents paramètres caractérisant la plasticité cyclique de notre matériau. En effet, nous avons caractérisé cette anisotropie en comparant le comportement du matériau en traction-compression avec celui de la torsion alternée selon l'évolution cyclique de la réponse contrainte-déformation, l'évolution de l'état stabilisé, l'évolution des variables d'écrouissages cinématique et isotrope ainsi que l'anisotropie selon le comportement en fatigue et endommagement. Pour mieux affiner la partie expérimentale de ce travail, des investigations microstructurales des faciès de rupture de toutes les éprouvettes utilisées ont été effectuées afin de mieux comprendre les mécanismes d'endommagement cyclique dans notre matériau. Dans la partie numérique de cette thèse, nous avons réalisé des simulations numériques en utilisant la dernière version du modèle multimécanismes qui tient compte de l'anisotropie du matériau. Les résultats de ces simulations, réalisées en considérant les mêmes conditions de nos essais expérimentaux, confirment les capacités de cette nouvelle version à estimer le comportement élastoplastique d'un matériau anisotrope.

Les travaux de thèse ont permis de consolider et de compléter les connaissances sur les mécanismes de déformation et les évolutions microstructurales à chaud d’un acier inoxydable austénitique 316Nb. Comprendre la variation du comportement microstructural observée sur différentes pièces obtenues par forge libre permettra de pérenniser les connaissances et d’optimiser les gammes de forgeage. Du fait d’une variabilité de l’état de recristallisation, mise en évidence sur des pièces d’essai, et de son impact sur les propriétés mécaniques, des traitements thermomécaniques simplifiés sont réalisés en laboratoire afin de comprendre la genèse de ces différents états métallurgiques. L’influence de la température, du taux et de la vitesse de déformation ainsi que de la vitesse de refroidissement après l’essai (distinction entre les mécanismes dynamiques et post-dynamiques) est tout d’abord étudiée. De multiples passes de déformation, dans des conditions isothermes et anisothermes, sont ensuite appliquées afin de suivre les évolutions post-dynamiques de la microstructure entre les passes. Le rôle du traitement thermique post-déformation sur la microstructure (recristallisation statique) est étudié. Enfin, l’effet de la microstructure initiale, en termes de taille de grains et de composition chimique, notamment la teneur en niobium en solution solide, a été considéré.La recristallisation dynamique ne domine pas l’évolution de la microstructure, de par notamment une restauration dynamique avancée et une taille de grains élevée. Néanmoins, aux hautes températures et pour de faibles taux de déformation, une migration dynamique des joints de grains conduit à la formation progressive de nouveaux grains recristallisés. La recristallisation post-dynamique est très dépendante des conditions de déformation. A composition chimique donnée, la taille de grains (dans la gamme 60 – 250 µm) affecte peu la cinétique de recristallisation dynamique et post-dynamique. L’augmentation de la teneur en niobium de la solution solide entraîne, via sans doute un effet de traînage de soluté et une éventuelle modification de l’énergie de défaut d’empilement à haute température, un retard considérable de l’apparition de la recristallisation. Au cours du traitement thermique post-déformation, l’état de recristallisation final est essentiellement dépendant de la composition chimique (teneur en niobium de la solution solide et présence de ferrite δ résiduelle). Les précipités de niobium générés dans les conditions de déformation usuelles n’ont pas d’influence directe sur la cinétique de recristallisation. / Mechanical properties and microstructure of 316Nb austenitic stainless steel may show some variability in hot forging products. This work aimed at improving knowledge about hot deformation mechanisms and microstructural evolution of this steel. Obtaining a homogeneous microstructure requires deep understanding of the hot deformation behaviour and mechanisms. In thick-walled components, both work hardening, dynamic recovery and recrystallization govern hot workability. Static and post-dynamic phenomena can induce further metallurgical evolution during interpass time and cooling. The influence of deformation temperature, strain, strain rate, cooling rate on recrystallization mechanisms has been studied by using hot torsion tests. Multiple-pass tests with isothermal and non-isothermal interpass allowed understanding post-dynamic mechanisms. Static phenomena were investigated using various annealing conditions. The effects of initial microstructural features such as grain size and chemical composition, specifically niobium solute content, on the hot deformation behaviour were eventually considered.The extent of dynamic recovery, coarse initial grain size, solute drag, and pinning of grain boundaries by fine Nb(C,N) particles strongly hinder dynamic recrystallization which does not dominate the metallurgical evolution over the range studied, in contrast to results reported on 316 steel. However, bulging of grain boundaries as a prelude to dynamic recrystallization was observed at low strains and high temperature. Grain boundary serrations progressively lead to the formation of subgrain boundaries, then of new high angle boundaries. A particular dynamic recrystallization mechanism explains progressive elimination of annealing twins. Interaction with dislocations depends on locally activated slip systems and whether they are common to both twin and parent grain. At moderate strain levels, post-dynamic recrystallization occurs by rapid growth of nuclei that depends on deformation temperature, and applied strain and strain rate. For a given chemical composition, neither dynamic nor post-dynamic recrystallization is affected by the initial grain size over the range studied. Increasing the free niobium content promotes solute drag and niobium carbide precipitation, which significantly delay recrystallization. The microstructure after annealing essentially depends on the availability of solute atoms such as niobium and on residual δ-ferrite. Nb(C,N) precipitates formed during hot deformation do not significantly influence recrystallization kinetics.

Cette thèse s’ajoute aux différents travaux de recherche qui traitent des alliages d’aluminium fortement utilisés dans l’industrie aéronautique et contribue fortement à comprendre le comportement élastoplastique en chargement cyclique à contrainte imposée du 2017A. L’apport essentiel de ce travail est l’étude de l’anisotropie propre du matériau utilisé à travers le suivi de l’évolution des différents paramètres caractérisant la plasticité cyclique de notre matériau. En effet, nous avons caractérisé cette anisotropie en comparant le comportement du matériau en traction-compression avec celui de la torsion alternée selon l’évolution cyclique de la réponse contrainte-déformation, l’évolution de l’état stabilisé, l’évolution des variables d’écrouissages cinématique et isotrope ainsi que l’anisotropie selon le comportement en fatigue et endommagement. Pour mieux affiner la partie expérimentale de ce travail, des investigations microstructurales des faciès de rupture de toutes les éprouvettes utilisées ont été effectuées afin de mieux comprendre les mécanismes d’endommagement cyclique dans notre matériau. Dans la partie numérique de cette thèse, nous avons réalisé des simulations numériques en utilisant la dernière version du modèle multimécanismes qui tient compte de l’anisotropie du matériau. Les résultats de ces simulations, réalisées en considérant les mêmes conditions de nos essais expérimentaux, confirment les capacités de cette nouvelle version à estimer le comportement élastoplastique d’un matériau anisotrope. / The present work is devoted to study the anisotropic behavior of an extruded aluminum alloy under cyclic loading in axial and shear directions. In the first part, we have studied its elastoplastic behavior through the evolution of stress–strain loops, isotropic and kinematic hardening and we have associated this behavior with the evolution of its elastic adaptation (shakedown). We have studied the behavior of the material in fatigue damage using the evolution of stiffness. Microstructural investigations were performed on fractured surfaces using scanning electron microscope (SEM) in orderto understand the evolution of fatigue damage during cyclic loading. In the second part, we have simulated all the tests performed in the experimental part using the new version of multimechanisms model. The obtained results show that this version is able to take into account the anisotropic behavior of the materials under stress controlled tests.

Cette thèse s'inscrit dans le cadre du réseau PROMETHEREF, dont le but est d'améliorer les connaissances sur le comportement thermomécanique de réfractaires industriels. Elle s'axe sur l'étude de réfractaires électrofondus : un produit Alumine – Zircone – Silice (AZS) et un matériau à Très Haute Teneur en Zircone (THTZ), matériaux essentiellement utilisés dans la construction des fours verriers. L'objectif de cette étude est de caractériser et de proposer des équations constitutives définissant le comportement en fluage de ces matériaux afin de pouvoir par la suite modéliser leur refroidissement lors de leur fabrication. Dans ce but, différents moyens d'essais mécaniques (flexion, compression, traction) à haute température ont été développés et exploités. On peut notamment citer le développement de dispositif de traction/compression. De conception modulaire, il permet de passer d'un mode de sollicitation à un autre par simple changement de la ligne de chargement et d'atteindre des températures de 1600°C. Son originalité vient principalement de la traction où l'utilisation d'un système de chargement inversé permet d'éliminer toute fixation mécanique de l'éprouvette. Grâce à ce dispositif, nous avons construit une base expérimentale d'essais de fluage anisotherme et isotherme, afin d'appréhender les mécanismes de déformation et de modéliser le comportement mécanique de ces réfractaires. Ces essais ont notamment révélé un comportement dissymétrique en traction et en compression avec, notamment, un comportement en fluage du matériau THTZ atypique. Une première approche de la loi de comportement a été tentée à partir d'une loi dissymétrique à écrouissage cinématique. Cette approche s'est avérée peu concluante nous obligeant à la reformuler, et notamment à ne plus prendre en compte la dissymétrie. Ainsi, les paramètres de traction ont été identifiés pour le matériau THTZ. Les diverses simulations d'essais réalisés ont confirmé la présence d'une dissymétrie de comportement, ainsi que l'importance de l'histoire thermique des matériaux sur le comportement mécanique.

Le mémoire de thèse propose une méthode de modélisation multi physique capable de quantifier l’influence des paramètres des processus d’écrouissage, le câblage et le compactage, sur le comportement mécanique et électrique des câbles électriques. Les propriétés électriques d’un câble dépendent de la nature du matériau utilisé, de son état métallurgique, des contraintes mécaniques exercées et de la conductance électrique des aires de contact inter-fils. De nombreuses mesures ont permis de définir les caractéristiques des câbles mais aussi des matériaux utilisés, comme par exemple la variation de la conductivité électrique d’un fil de cuivre en fonction de l’écrouissage. La modélisation mécanicoélectrique, réalisée avec le logiciel Abaqus®, est utilisée pour étudier les différents paramètres impliqués dans les processus de câblage et de compactage. Cela a permis de déterminer les déformations géométriques des fils ainsi que les contraintes mécaniques dans le câble. Les résultats de simulation sont comparés aux mesures afin de valider la précision des modèles numériques développés.Un couplage faible entre les modèles mécanique et électrique permet de mettre en évidence la distribution non-homogène de la conductivité électrique à l’intérieur d’un conducteur après qu’il ait subi des contraintes mécaniques dues au processus de déformation à froid, le câblage et le compactage. Ensuite, en appliquant une procédure d’optimisation, nous avons identifié les paramètres capables de réduire de 2 % la masse du matériau conducteur utilisés dans les processus de fabrication, tout en conservant des propriétés mécaniques et électrique répondant aux exigences normatives des constructeurs de câbles. / The presented PhD thesis propose multi-physics modeling method able to predict the impact of stranding and compacting processes parameters on the mechanical and electrical behavior of stranded conductors. The electrical properties of stranded conductors depend on the nature of the material, on its metallurgical state, on the mechanical pressure within the conductor and on the electrical conductance of contact areas between wires. A wide range of measurements has allowed us to define the characteristics of structures and materials, such as for example the resistivity as a function of the stresses due to material hardening. The electromechanical modeling with Abaqus and Vector Fields software are used to study different parameters involved in the stranding and compacting processes to determine actual wires shapes, induced deformations and actual stresses between wires within the conductor. The results obtained by simulation were compared with experimental measurements to analyze the accuracy of the model. By coupling mechanical and electrical simulations, we pointed out the non-homogeneous distribution of the electrical conductivity along conductor cross sections resulting from the hardness of each single wire. Applying the optimization procedure, we have identified the parameters able to reduce the mass of conducting material by 2 % while maintaining mechanical and electrical properties that meet the prescriptive requirements of cables manufacturers and standards.

La corrosion sous contrainte par l’iode (CSC-I) est l’un des mécanismes de rupture potentiels des crayons combustibles en alliage de zirconium, pouvant intervenir au cours des transitoires de puissance des réacteurs nucléaires. La fissuration par CSC-I comporte trois étapes : amorçage de la fissure, développement intergranulaire puis propagation transgranulaire. Le but du travail est d’identifier des paramètres critiques gouvernant les transitions entre ces différentes étapes. En premier lieu, des essais sur des éprouvettes en Zircaloy présentant des finitions de surface et des états métallurgiques variés permettent de discriminer l’influence de différents paramètres sur l’amorçage des fissures. Nous mettons en évidence le rôle critique du niveau des contraintes résiduelles, de leur répartition en surface ainsi que de leur profil au sein du matériau. La sensibilité des alliages à l’amorçage des fissures n’est pas directement corrélée à la rugosité de la surface. Cependant, la dispersion des paramètres de rugosité traduit l’irrégularité du profil, l’hétérogénéité du niveau des contraintes résiduelles, et donc l’existence de zones où les contraintes résiduelles sont localement moins protectrices. Dans un second temps, des éprouvettes de Zircaloy-4 possédant différents états d’écrouissage sont sollicitées sous charge constante, en présence de méthanol iodé. Les modifications microstructurales induites par l’écrouissage favorisent l’apparition de la propagation transgranulaire des fissures de CSC-I. Des observations des faciès de rupture en MET révèlent que la transition inter/transgranulaire intervient dans des zones où les grains sont fortement désorientés les uns par rapport aux autres, suite à l’augmentation des contraintes locales résultant des incompatibilités de déformation grain à grain. / Iodine-induced stress corrosion cracking (I-SCC) is one of the potential failure modes of zirconium alloy fuel claddings during power transients in nuclear reactors. I-SCC failures are usually described in three steps: initiation of cracks, intergranular development and transgranular propagation. The objective of this work is to identify critical parameters controlling transitions between crack propagation modes. First of all, experiments conducted on Zircaloy samples with various surface conditions and metallurgical states lead to discriminate the influence of several parameters responsible for cracks initiation. The critical role of residual stresses level, their distribution at the subsurface and their evolution in the bulk of the material is evidenced. Sensitivity to I-SSC is not directly correlated to surface roughness. However, dispersion in roughness parameters indicates the presence of surface irregularities, heterogeneities of residual stresses and the existence of surface areas where residual stresses are less protective. In a second step, Zircaloy-4 samples with various strain-hardening pre-treatments are submitted to constant load tests in an iodine methanol solution. Microstructural modifications induced by a strain-hardening pre-treatment enhance transgranular propagation of I-SCC cracks. TEM observations of fracture surfaces show that the intergranular to transgranular crack transition takes place preferentially where the relative crystallographic orientation is large between two adjacent grains, because of local stress concentrations resulting from strain incompatibilities between neighbouring grains.

In the transportation industry, weight reduction is essential in order to reduce fuel consumption. A solution towards lighter structures is to improve the mechanical properties while keeping a sufficient ductility for the forming operations. The aim of the thesis was to investigate the enhancement of the mechanical properties of metallic alloys by the refinement of the grain size while playing with other microstructural features in order to maintain the strain hardening, and thus the ductility, as high as possible. Various fine grained dual phase steels were produced by severe plastic deformation followed by thermal treatment. Nano-indentation and tensile tests have been performed to measure the change of flow properties associated to the grain refinement. A new methodology, based on performing nano-indentation tests at different depth inside each phases of the steels, has been proposed in order to separate the different hardening contributions affecting the behaviour of the material. In order to gain a better understanding of the link between the fine grained microstructure and the flow properties, three models were developed introducing successively a richer and richer description of the microstructure. The first model allows interpreting the nano-indentation data at different depths. The second model predicts the flow curve of dual phase steels by considering the accumulation of dislocations on the grain boundaries with the associated back stress and the saturation of this accumulation of excess dislocations, while introducing the second phase particles through a homogenization scheme. Finally, the third model promotes a new explanation of the Hall-Petch law and the interaction of the grain size and the texture for pure copper using a multigrain crystal plasticity model incorporating grain boundary effects. Guidelines are given to optimize the microstructures towards an improvement of the structural properties and formability.