L’objectif de cette étude est de quantifier la contribution intra et intergranulaire lors d’une sollicitation à haute température d’un alliage de magnésium (AZ31). Afin de répondre à cette problématique scientifique, un essai de traction in situ à haute température dans un MEB a été mis en place. Un important travail de développement a été réalisé autour de cet essai afin de lever un nombre de verrous technique conséquent. Ces verrous expliquent en partie pourquoi il existe aujourd’hui peu d’étude in situ à haute température sur des alliages de magnésium. Un marqueur local ayant la forme d’une microgrille a été déposé sur notre échantillon étant donné que celui-ci n’offre aucun contraste local pour la corrélation d’image numérique (CIN). Afin le dépôt du marqueur local, une cartographie EBSD a été réalisée. À l’aide des joints de grains issus de la carte EBSD, on peut venir superposer les joints de grains aux champs de déformation issue de la CIN.À l’aide des essais de traction in situ à haute température, on a pu mettre en avant l’effet de la température sur les différents mécanismes de déformation actif. Tout ce travail de développement nous permet ainsi de pouvoir localiser les hétérogénéités de déformation plastique à la fois en fonction de l’évolution de la déformation et pour plusieurs températures. D’après les essais menés, on a pu mettre en évidence le fait que plus la température est élevée, que plus les hétérogénéités de déformation plastique se localisent au voisinage des joints de grains. Basé sur une hypothèse cœur/manteau, on a pu venir quantifier la contribution intergranulaire, et mettre en avant que celle-ci devenait plus importante avec la température. / The aim of this study is to quantify the intra and intergranular contribution of the deformation during a high temperature micromechanical test on a magnesium alloy (AZ31). In order to answer this scientific issue, we have developed an in situ tensile test at high temperature within a SEM. It has required a significant preparation work in order to push the current technical limits of this type of test on magnesium alloy. These technical limits can partly explain why there are currently few in situ studies at high temperature on magnesium alloys. A local marker in the form of a microgrid was placed on our sample as it does not provide any local contrast for digital image correlation (DIC). Before the deposition of the microgrid, EBSD mapping was made. Using the grain boundaries from the EBSD, we can superimpose the deformed grain boundaries on the strain map from the DIC.Using high temperature in-situ tensile tests, we were able to highlight the effect of the temperature on the different active deformation mechanisms. This whole development work enables us to locate the plastic deformation heterogeneities both according to the evolution of the deformation and for several temperatures. From the tests conducted, it has been shown that the higher the temperature, the more heterogeneous the plastic deformation heterogeneities are located in the vicinity of the grain boundaries. Based on a heart/coat hypothesis, we were able to quantify the intra and intergranular contribution, and show that it became more important with temperature.

Dans le cadre du développement de nuances d'aciers toujours plus performantes en termes de résistance à l'effort et à l'endommagement, les aciers Dual-Phase (DP) présentent un bon compromis résistance/ductilité. Cependant, il est nécessaire de disposer de meilleures connaissances concernant les mécanismes menant à la rupture de tels aciers. Les mécanismes d'endommagement ont ainsi été étudiés dans cette thèse à l'aide de la tomographie aux rayons X. Des essais de traction in-situ ont été réalisés sur plusieurs nuances d'aciers DP, un acier ferritique et un acier martensitique afin de caractériser chaque étape de l'endommagement ductile. Des observations qualitatives et des données quantitatives concernant la germination de l'endommagement, la croissance des cavités et la coalescence ont été recueillies lors de ces essais. Ces données quantitatives ont ensuite été utilisées pour le développement et/ou la validation de modèles d'endommagement. Une prédiction de la cinétique de germination a ainsi été proposée et la version du modèle de croissance de cavités de Rice et Tracey corrigée par Huang et prenant mieux en compte l'effet de la triaxialité a été validée expérimentalement. L'étape de coalescence des cavités menant à la rupture des matériaux a pour la première fois été caractérisée de façon quantitative dans un matériau industriel et des critères de coalescence ont été appliqués localement sur les couples de cavités présentes dans le matériau. L'utilisation de ces modèles analytiques a permis une meilleure compréhension des propriétés agissant sur les phénomènes mis en jeu. L'effet de la part cinématique de l'écrouissage sur la germination et la croissance de l'endommagement a notamment été souligné et validé par des essais de chargements complexes.

L'objectif de ce travail de thèse est d'étudier le comportement de l'endommagement des matériaux composites sous chargement statique et fatigue par contrôle non destructif (C.N.D) thermographie et soutenu par émission acoustique et la tomographie (CT scan). Pour cela, ce unidirectionnels composite à fibres de verre (GFRP) et discontinue composite à fibres de carbone (DCFC) ont été utilisés comme les éprouvettes qui ont fourni par PSA peugeot citröen, France. Une série d'essais mécaniques a été réalisée pour déterminer le comportement de l'endommagement sous chargement statique et fatigue. Pendant tout des essais mécanique, la thermographie a été utilisé pour l'observation en temps réel pour suivre l'évolution des températures sur la surface de l'éprouvette et supporté par émission acoustique dans certaines conditions. Cette étude a utilisé une forme rectangulaire et se compose d'éprouvettes trouées et non trouées au centre de l'éprouvette. La vitesse de déplacement constante est appliquée pour observer l'effet sur le comportement de l'endommagement sous chargement de traction statique. Sous les essais de fatigue, le paramètre constant de la fréquence et de l'amplitude de stress a été étudiée pour chaque niveau de charge pour avoir les propriétés de fatigue et l'évolution de l'endommagement de l'éprouvette. La tomographie a été utilisée pour confirmer l'apparition de l'endommagement et l'etat du matériau après l'essai de fatigue. L'analyse des résultats de l'expérimentation et de l'observation NDT montré le bon accord entre les résultats mechnical et NDT thermographie avec prise en charge par l'observation de l'émission acoustique en détecter l'apparition et la propagation de l'endommagement de GFRP PRV et DCFC sous chargement de statique en traction. Les essais en fatigue montrent que la dissipation thermique est liée à l'évolution de l'endommagement et également thermographie et peut être utilisé avec succès pour déterminer la limite d'endurance (HCFS) et la courbe de Wöhler du matériau composite. Les résultats par CT scan ont mesurée avec succès les endommagements et l'état du matériau après essai de fatigue du matériau composite. / The aim of this study is to investigate the damage behaviour of composite material in static and fatigue condition with non destructive testing (NDT) thermography method and supported by acoustic emission and also computed tomography (CT) scan. Thermography and acoustic emission are used in real-time monitoring techniques during the test. On the other hand, NDT observation of tomography is used for a post-failure analysis. In order to achive this, continuous glass fiber composite (GFRP) and discontinuous carbon fiber composite (DCFC) have been used as the test specimens which supplied by PSA Company, France. A series of mechanical testing was carried out to determine the damage behaviour under static and fatigue loading. During all the mechanical testing, thermography was used in real-time observation to follow the temperature change on specimen surface and supported by acoustic emission in certain condition. This study used rectangular shape and consist of specimen with and without circular notches (hole) at the center. The constant displacement rate is applied to observe the effect on damage behaviour under tensile static loading. Under fatigue testing, the constant parameter of frequency and amplitude of stress was explored for each load level to have the fatigue properties and damage evolution of specimen. The tomography was used to confirm the appearance of damage and material condition after fatigue testing. The analysis from the experiment results and NDT observation shown the good agreement between mechnical results and NDT thermography with supported by acoustic emission observation in detect the appearance and propagation of damage for GFRP and DCFC under static loading. Fatigue testing shows that thermal dissipation is related to the damage evolution and also thermography and can be successfully used to determine high cycle fatigue strength (HCFS) and S-N curve of fiber composite material. From post failure analysis, CT scan analysis successfully measured and evaluated damage and material condition after fatigue test for fiber composite material. v

L’évaluation de la résistance probable des éléments dissipatifs d’énergie sismique lors du dimensionnement parasismique des charpentes d’acier au Canada repose sur la limite élastique probable de l’acier. Les taux de déformation élevés dans les éléments dissipatifs au cours d’un tremblement de terre ont pour effet d’augmenter la limite élastique de l’acier dans ces éléments. Le comportement dynamique de l’acier étudié par le biais d’essais uniaxiaux conventionnels ne permettent pas nécessairement de valider le comportement d’un élément dissipateur d’énergie sismique pouvant être sollicité selon deux dimensions. Les cadres contreventés excentriques, où le lien ductile subi des déformations biaxiales par les effets combinés du cisaillement et de la flexion en est un exemple. Le projet de recherche présenté dans ce mémoire de maîtrise vise à évaluer l’effet du taux de déformation sur la limite élastique de l’acier structural de grade 350W lors de sollicitations impliquant un état planaire de contrainte. La conception d’une éprouvette cruciforme optimale en acier basée sur des recommandations proposés dans la littérature et sur des analyses par éléments finis a été effectuée. Six essais de traction uniaxiaux et quatre essais de traction équibiaxiaux sur éprouvettes cruciformes ont été réalisés à différents taux de déformation entre 0.0001/sec et 2.4/sec. Durant ces essais, les déformations moyennes à travers la partie centrale des éprouvettes ont été mesurées par un système de potentiomètre conçu dans le cadre de ce projet. Quatre essais biaxiaux sur éprouvettes cruciformes selon des rapports de déformation distincts ont également été réalisés à un taux de déformation quasi-statique. Chaque essai a été simulé numériquement à l’aide d’un modèle éléments finis dans lequel la limite élastique a été calibrée afin de reproduire le comportement observé lors des essais. Le critère d’écoulement plastique de Von Mises ainsi qu’une formulation d’écrouissage non-linéaire ont été adoptés lors des analyses numériques. Les modèles calibrées ont permis de déterminer la limite élastique dynamique observée lors de chaque essai. Les résultats des analyses confirment que la limite élastique de l’acier augmente en fonction du taux effectif de déformation. Sept lois de prédiction de la limite élastique de l’acier ont été étudiées. Trois lois ont permis de représenter la limite élastique dynamique de l’acier testé dans la plage des taux de déformation étudiée. La loi qui semble la mieux adaptée à être implémentée dans un logiciel de modélisation a été identifiée. La loi de Drysdale et Zak utilisé dans le logiciel ADINA ne permet pas d’évaluer correctement le comportement dynamique observé lors des essais impliquant un taux élevé de déformation. Une étude numérique préliminaire sur le lien ductile est également présentée dans ce mémoire.

Electrospinning, un procédé original de mise en forme de polymère par application d'un champ électrique élevé, est largement utilisé pour la synthèse de membranes non tissées nanofibreuses. Les membranes électrospinnées ont une forte porosité et un rapport surface / volume élevé. En effet, ces matériaux ont suscité beaucoup d'intérêt et d'études au cours des dernières décennies, ce qui ouvre la voie à de nombreuses applications telles que la détection, l'ingénierie tissulaire ou la livraison de médicaments. La recherche actuelle vise à avoir des membranes fibreuses avec une architecture contrôlée utilisant différents types de collecteurs.Le développement de nanofibres à base de biopolymères et une stratégie thérapeutique pour la régénération des tissus mous.Le premier objectif de cette thèse était de développer de nouveaux matériaux biocompatibles et bio résorbables à l'aide de fibres à l'échelle nanométrique obtenues par électrospinning. En outre, cette étude a examiné l'influence de la viscosité, de la concentration et de la tension superficielle des solutions de polymère sur les fibres obtenues. En outre, le débit, la tension appliquée et les paramètres environnementaux (température et humidité) ont également été optimisés au cours de la production de nanofibres.Les fibres ont été obtenues à partir de PEO, polymère biocompatible. C'est un polymère linéaire qui se compose de segments éthylène et éther [-CH2CH2O-]n. L'oxyde d'éther peut être utilisé pour interagir avec des espèces hydrophiles. En raison de sa solubilité dans l'eau, sa non-toxicité et sa capacité à être électrospinné, le PEO a été utilisé comme additif dans des solutions de biopolymères pour permettre la formation d'électrodes fibreuses. La résistance mécanique du PEO dépend de la masse moléculaire, de la conformation des chaînes polymères et de la taille des fibres ainsi que la structure du réseau.Le deuxième effort majeur de cette thèse s'est concentré sur le contrôle des mailles fibreuses. Une telle activité de recherche est justifiée par l'influence attendue de la morphologie du réseau de fibres sur les propriétés mécaniques des membranes et leur caractère biomimétique qui favorise la colonisation et la croissance des cellules du tissu hôte. Le contrôle de cette structure a été réalisé grâce au développement de collecteurs.L'objectif de la thèse est de fabriquer des structures fibreuses non tissées aléatoires et structurées par electrospinning. Ces structures fibreuses sont obtenues à partir de Poly (oxyde d'éthylène), PEO, en solutions à différentes concentrations et masses moléculaires.Le dépôt de fibres est réalisé sur deux types de collecteurs: a) Feuille d'aluminium, b) Collecteur micro-structuré (dimension 3 × 3 cm). Les analyses morphologiques des membranes ont été menées à l'aide d'une microscopie électronique à balayage (MEB) et leurs propriétés mécaniques sous traction ont été réalisées à l'aide du rhéomètre ARESG2.La morphologie des matériaux electrospinnées passe graduellement d'une structure de type perles à des fibres uniformes lorsque la concentration et la masse moléculaire augmentent. Une étude comparative des propriétés morphologiques et mécaniques (essai de traction) des deux structures fibreuses a été réalisée. Cette étude a montré qu'il est possible d'avoir une distribution de fibres formant une cellule primitive très uniforme dans un réseau de dimension 3 × 3 cm. Ce réseau structuré a une contrainte à la rupture plus importante que celle du réseau fibreux aléatoire obtenu conventionnellement avec une feuille d'aluminium. / Electrospinning, an original polymer process under high electric fields to produce a network of thin fiber having a micrometer diameter, is widely used for the synthesis of nanofibrous non-woven membranes. The fabricated electrospun membranes have a high porosity and a high surface to volume ratio. Indeed, they reveal much interest and have been much developed in the last decades, which paves the way for numerous applications such as sensing, tissue engineering or drug delivery. Current research aims to have fibrous membranes with a controlled architecture using various types of collectors.This thesis is part of a global and emerging project that focuses on the production of structured scaffolds nanofibers based on biopolymers and dedicated to the therapeutic strategy for the regeneration of soft tissues.In the present work, the first focus was to develop new biocompatible and bioresorbable materials composed of nanoscale fibers obtained by electrospinning. In addition, this study examined the influence of viscosity, concentration, and surface tension of PEO solutions on the obtained fibers. Further, the flow rate, applied voltage and environmental parameters (temperature and humidity) were also optimized in the course of nanofibers production.Biocompatible fibers have been obtained by using PEO. It is a linear polymer that consists of ethylene and ether segments [-CH2CH2O-]n. The ether oxygen allows this polymer to interact with other hydrophilic species, while the ethylene part participates in hydrophobic interactions. Due to its water solubility, non-toxicity and electrospinn ability, PEO has been used as an additive in biopolymer solutions to enable the formation of electrospun fibers. The mechanical strength of the PEO depended on the molecular weight, the conformation of the polymer chains and the fiber scale, the structure of the network.The second major effort of this thesis focused on the control of the mesh fibers. Such research activity is justified by the expected influence of the morphology of the fiber network on the mechanical properties of scaffolds and their biomimetic character that could favor the colonization and growth of the cells of the host tissue. The control of this structure has been achieved through the development of collectors.The objective of this project is making non-woven fibrous structures in uncontrolled architecture as well as non-woven with controlled architecture by using the electrospinning process. These fibrous structures are obtained from Poly(ethylene oxide), PEO, solutions with different concentration and molecular weight. The deposit of fibers is made on two types of collectors: a) Aluminum foil, b) micro-structured collector (dimension 3×3 cm). The morphological analyses of the membranes were investigated using scanning electron microscopy (SEM) and their mechanical properties were characterized by tensile test using the ARESG2 rheometer. The morphology of the electrospun polymer gradually changes from beads to uniform fibers with increasing polymer concentration and molecular weight. A comparative study of the morphological and mechanical (tensile test) properties, of both fibrous structures is performed. This study showed that it is possible to have a distribution of fiber forming a very uniform primitive cell in a network of dimension 3×3 cm. This structured network has a strain at the break more important than that for the network fibers, which are collected on Aluminum foil.

Abstract : The applications of natural fibers as reinforcing materials have received lots of attentions and interests due to their unique advantages such as direct derivation from earth, sustainability, degradability and so on. In addition, the employment of plant fibers as raw materials in engineering and industries can promote sustainable agriculture. Cultivation of oilseed flax has grown recently from 600,000 to 800,000 hectares in past few years in Canada. This can also provide a great potential to use flax waste (straw), 2,000 kg/ha annually, as reinforcing materials in industry and promote sustainable agriculture. These huge amounts of flax residuals usually burned or thrown away which as result, leads to emission of CO2 into the atmosphere. In two past decades, the employment of natural fibers in bio-composites as an alternative for flax residuals disposal has received lots of interest and attention. The dramatic increase of publications during this period supports this fact. This attention and interest has been attributed to public awareness, Legal restrictions and environmental concerns associated to the synthetic fibers. Moreover, the significant advantages of natural fibers such as low resin consumption, low tools wear, cost effectivity; availability, environmentally friendly, degradability, low density and high specific properties have converted the application of them very favorable. However, the hydrophilic nature of cellulosic fibers as a main disadvantage makes them incompatible with hydrophobic polymeric matrices. This poor compatibility between cellulosic fibers and polymeric matrices mostly attributes to the presence of hydroxyl functional groups on the backbone of the flax fibers that causes to hydrophilic properties of cellulosic fibers and poor interfacial adhesion between cellulosic fibers and polymeric matrices. The main goal of this research thesis is to convert of primary alcoholic groups (OH) available on the surface of flax fiber to carboxyl groups by employment of TEMPO oxidation system in order to facilitate the silane treatment process. Subsequently, carboxyl groups can more easily interact with silane coupling agents. The surface functionality of as-received and treated fibers was characterized using Fourier transform infrared and X-ray photoelectron spectroscopy. Dynamic contact angle tensiometer was used to compare wettability of the oxidized and nonoxidized fibers after the silane treatment. The interaction between flax fiber and polymer was characterized using scanning electron microscopy (SEM). The results indicated that the TEMPO iii oxidation significantly improved the bonding efficiency of the silane coupling agents on the fiber surface. Thus, the compatibility between the flax fibers and the epoxy resin was improved. In addition, the water absorption of the modified fibers was remarkably reduced, while the contact angle of the flax fibers was increased. / Les demandes des fibres naturelles comme matériaux de renforcement ont reçu beaucoup d'attentions et d'intérêts en raison de leurs avantages uniques tels que la dérivation directe de la terre, la durabilité, la dérivabilité, etc. En outre, l'emploi des fibres végétales comme matières premières dans l'ingénierie et les industries peut favoriser l'agriculture durable. La culture du lin oléagineux est passée de 600 000 à 800 000 hectares au cours des dernières années au Canada. Cela peut également constituer un excellent potentiel d'utilisation des déchets de lin (paille), 2 000 kg par an par année, en tant que matériaux de renfort dans l'industrie et promouvoir l'agriculture durable. Ces énormes quantités de résidus de lin sont généralement brûlées ou jetées, ce qui entraîne l'émission de CO2 dans l'atmosphère. Au cours des deux dernières décennies, l'emploi de fibres naturelles dans les biocomposites comme possibilité à l'élimination des résidus de lin a suscité beaucoup d'intérêt et d'attention. L'augmentation spectaculaire des publications au cours de cette période prend en charge ce fait. Cette attention et cet intérêt ont été attribués à la sensibilisation du public, aux restrictions légales et aux préoccupations environnementales associées aux fibres synthétiques. En outre, les avantages importants des fibres naturelles, comme la faible consommation de résine, l'usure des outils, l'efficacité des coûts; la disponibilité, l'environnement, la dégradabilité, la faible densité et les propriétés spécifiques élevés ont transformé la demande des fibres naturelles très favorable. Cependant, la nature hydrophile des fibres cellulosiques comme inconvénient principal les rend incompatibles avec des matrices polymères hydrophobes. Cette mauvaise compatibilité entre les fibres cellulosiques et les matrices polymères attribue principalement à la présence de groupes fonctionnels hydroxyles sur l'ossature des fibres de lin qui provoque des propriétés hydrophiles des fibres cellulosiques et une faible adhérence interfaciale entre les fibres cellulosiques et les matrices polymères. L'objectif principal de cette thèse de recherche est de convertir des groupes alcooliques primaires (OH) disponibles à la surface de la fibre de lin en groupes carboxylés par l'emploi d'un système d'oxydation TEMPO afin de faciliter le traitement du silane. Par la suite, les groupes carboxylés peuvent interagir plus facilement avec des agents de couplage au silane. La fonctionnalité de surface des fibres reçues et traitées a été caractérisée en utilisant la spectroscopie à infrarouge à transformer de Fourier et à la Spectrométrie photo électronique X. Un tensiomètre à angle de contact dynamique a été utilisé pour comparer la mouillabilité des fibres oxydées et non oxydées après le traitement au silane. L'interaction entre les fibres de lin et le polymère a été caractérisée en utilisant une microscopie électronique à balayage (MÉB). Les résultats indiquent que l'oxydation TEMPO a considérablement amélioré l'efficacité de liaison des agents de couplage silane sur la surface de la fibre. Ainsi, la compatibilité entre les fibres de lin et la résine époxy a été améliorée. En outre, l'absorption d'eau des fibres modifiées a été considérablement réduite, tandis que l'angle de contact des fibres de lin a été augmenté.

La fabrication additive est un procédé offrant de nouvelles opportunités aux industriels pour fabriquer des pièces complexes, sans outillage spécifique et en optimisant la matière utilisée.Cette thèse présente les propriétés mécaniques de pièces réalisées par fabrication additive et l’analyse des mécanismes d’endommagement associés, en ayant comme référence les propriétés mécaniques des procédés de fonderie et de corroyage. Ce type d’analyse est indispensable pour l’industrialisation du procédé.Les propriétés en traction et en fatigue, sur des éprouvettes en titane Ti-6Al-4V et en aluminium AlSi7Mg0,6, ont été mesurées. Les effets du procédé de fabrication, de la direction de fabrication, du post-usinage et des post-traitements thermiques ont été comparés. Les propriétés sont au moins au niveau de la fonderie.Ces résultats ont été analysés en corrélation avec les microstructures et les faciès de rupture, afin de dégager des mécanismes d’endommagement. Les critères permettant de mesurer la criticité des défauts ont été définis.Certaines de ces hypothèses ont pu être vérifiées grâce à des essais de traction in situ au micro tomographe. / Additive manufacturing offers new opportunities for industries to manufacture complex parts with no additional tooling and better optimization of the material used.This thesis is about the analysis of the mechanical properties and the damaging mechanisms of parts produced by additive manufacturing, using mechanical properties of casted and wrought parts as reference. This type of analysis is necessary in order to industrialize the process.The tensile and fatigue properties on Titanium Ti-6Al-4V and Aluminium AlSi7Mg0,6 were measured. The effects of the process, the manufacturing direction, the post-machining and the post-heat treatments were compared. Properties are at least at the level of casting.A correlation of these results with microstructures and fracture surfaces was made in order to extract the damaging mechanisms. A method to measure the criticity of the defects in a part was defined. Some of these hypotheses were verified using microtomographic in situ tensile tests.

Les propriétés des matériaux cellulaires dépendent de leur architecture et des défauts de coulée. L'architecture se réfère à la forme et la distribution de la phase solide. Les défauts correspondent à la présence et aux distributions des cavités et d'intermétalliques dans la phase solide du fait de la procédure de fabrication. Deux types de matériaux produits de différentes façons sont étudiés dans cette thèse. D'une part, deux mousses ERG de tailles de pores différentes ont été choisies pour étudier l'effet de la présence des intermétalliques sur la plasticité et l'endommagement. Des tests de micro-traction et des expériences de nanoindentation ont été réalisés sur des éprouvettes extraites de la mousse pour déterminer leur comportement micro-élastoplastique de la phase solide. D'autre part, deux structures ayant la même forme et le même motif répétitif, mais différentes épaisseurs d'entretoises et de nœuds ont été produites par fusion sélective par laser pour étudier aussi la plasticité et l'endommagement. Ce travail de thèse visait à développer une procédure de modélisation par éléments finis générique basée sur les images 3D pour prendre en compte l'effet de la porosité locale et la présence des intermétalliques dans le comportement. Les états initiaux des échantillons ont été numérisés en utilisant des méthodes de tomographie "locale" et "stitching" à haute résolution. Les géométries 3D maillées, la porosité locale et les propriétés élastiques-plastiques de chaque élément ont été directement renseignées à partir des images 3D à haute résolution. Les procédures de déformation et de rupture des échantillons ont été illustrées en effectuant des expériences in-situ/ex-situ couplées à une numérisation tomographique à basse résolution. Des modèles éléments finis conformes à l'image 3D ont été développés pour la simulation des essais de traction/compression et montrent que la prise en compte des hétérogénéités locales de microstructure permet de prédire plus finement le comportement mécanique des structures cellulaires, en particulier dans la rupture. L'étude visait également à déterminer la conductivité thermique d'une mousse ERG hautement poreuse en utilisant des calculs par éléments finis basés sur l'image. Les résultats ont été vérifiés en comparant avec la conductivité thermique mesurée à partir des expériences de plaques chauffées. / The properties of cellular materials depend on their architecture and casting defects. The architecture refers to shape and distribution of the solid phase. Defects correspond to the presence and distribution of cavities or intermetallic particles in the solid phase due to the fabrication procedure. Two types of materials produced by different fabricating routes are studied in this manuscript. On the one hand, two ERG foams with different cell sizes were chosen to study the effect of the presence of intermetallic particles on the plasticity and damage. Micro-tensile tests and nanoindentation experiment were also performed on the struts extracted from the foam to determine their micro elastoplastic behaviour. On the other hand, two structures with the same shape and repetitive pattern but different struts and nodes thicknesses were produced by selective laser melting manufacturing route to study the effect of porosity on plasticity and damage. This PhD-work aimed at developing a generic image-based finite element procedure to take into account the effect of the local porosity and the presence of intermetallic particles into the finite element simulations of the cellular materials. The initial state of the samples was pictured by performing high resolution "local" tomography and "stitching" methods. The 3D geometries were meshed and the local porosity and elastic-plastic properties of each element were directly informed according to high-resolution 3D images. The deformation and fracture procedures of the samples were pictured by performing in-situ/ex-situ experiments coupled with low-resolution tomography scanning. 3D image-based finite element models were developed for the simulation of the tension/compression tests. The microstructurally informed FE models better capture the mechanical behaviour of the cellular structures, especially for the prediction of the fracture. The study also aimed at determining the thermal conductivity of a highly porous ERG foam using image-based finite element calculations. The results were verified by comparing with the measured thermal conductivity from guarded hot plates experiments.

Les composites Carbone/Carbone (C/C), largement utilisés à hautes températures dans des environnements oxydants, sont sensibles à l'oxydation dès 400°C. Deux voies sont envisagées pour accroître la tenue à l'oxydation de ces matériaux. La première est de renforcer la force de la liaison fibre/matrice en modifiant les propriétés de surface des fibres de carbone. La seconde voie d 'étude consiste à remplacer une partie de la matrice carbone par un oxyde. L'introduction d'une nouvelle phase conduit à la création de nouvelles interfaces dans les matériaux. L'ensemble des résultats obtenus à partir des caractérisations physico-chimiques et macroscopiques des matériaux élaborés permettent alors de répondre à la problématique qui est de connaître le rôle des interfaces dans les propriétés macroscopiques de composites C/C. / C/C composites are widely used as structural parts in oxiding environment. Yet, they become very sensitive to air oxidation for temperature higher than 400°C. This work proposed two methods to improve their oxidation resistance :(i) the fiber/matrix bond is increased by modifying the properties of the carbon fiber surface, and (ii) a fraction of the carbon matrix is substitued by an oxide phase.Introduction of new constituants leads to the creation of new material interfaces. Thus, the influence of the interfaces on the macroscopic properties of the composite is evaluated by physico-chemical and macroscopic characterizations.

Les aciers TWIP (TWinning Induced Plasticity) à haute teneur en manganèse sont particulièrement prometteurs pour les applications automobiles de par leur excellent compromis entre résistance mécanique et ductilité. Cependant, la microstructure austénitique leur confère une sensibilité à la fragilisation par le zinc liquide durant les procédés de soudage ; le zinc liquide provenant de la fusion du revêtement résultant de l’élévation de température à la surface de l’acier. Dans cette étude, la fissuration d’un acier austénitique à haute teneur en manganèse a été étudiée en rapport avec le phénomène de fragilisation par les métaux liquides par des essais de traction à chaud réalisés sur des éprouvettes électrozinguées au moyen d’un simulateur thermomécanique Gleeble 3500. L’influence de nombreux paramètres tels que la température et la vitesse de déformation sur la fissuration a été étudiée. La fragilisation apparaît dans un domaine de température limité qui dépend des conditions expérimentales. Les conditions pour lesquelles la fissuration apparaît peuvent être rencontrées durant les procédés de soudage. L’existence d’une contrainte critique pour laquelle la fissuration apparait a été mise en évidence et celle-ci peut être utilisée comme critère de fissuration. Enfin, l’étude de l’influence de différents paramètres tels que le temps de contact entre l’acier et le zinc liquide avant l’application des contraintes, le revêtement et l’acier sur l’apparition de la fragilisation apporte des éléments de compréhension du mécanisme de fissuration et permet de proposer des solutions pour éviter la fissuration durant le soudage par point de l’acier étudié. / High manganese TWIP (TWinning Induced Plasticity) steels are particularly attractive for automotive applications because of their exceptional properties of strength combined with an excellent ductility. However, as austenitic steels, they appear to be sensitive to liquid zinc embrittlement during welding, the liquid zinc arising from the melted coating due to the high temperatures reached during the welding process. In this framework, the cracking behaviour of a high manganese austenitic steel has been investigated in relation to the liquid metal embrittlement (LME) phenomenon by hot tensile tests carried out on electro-galvanized specimens using a Gleeble 3500 thermomechanical simulator. The influence of different parameters such as temperature and strain rate on cracking behaviour has been studied. Embrittlement appears within a limited range of temperature depending on experimental conditions. Conditions for which cracking occurs could be experienced during welding processes. The existence of a critical stress above which cracking appears has been evidenced and this critical stress can be used as a cracking criterion. Finally, the study of the influence of different parameters such as time of contact between steel and liquid zinc before stress application, coating and steel on LME occurrence provides understanding elements of LME mechanism and permits to suggest solutions for preventing cracking during spot welding of such steels.