Lors de ces dernières décennies, l’exploitation du Gaz Naturel Liquéfié (GNL) a connu un intérêt croissant, et un marché en forte expansion avec de nombreux projets d’installation de terminaux méthaniers. Le gaz naturel liquéfié est transporté et stocké à très basses températures (~ -163°C), dans des réservoirs de capacités de plus en plus importantes. Ceci impose l’utilisation de matériaux particuliers présentant des caractéristiques adaptées aux températures cryogéniques. Les terminaux méthaniers doivent fonctionner en toute sécurité pendant toute leur durée de vie, cet impératif de sécurité doit être pris en compte dès la phase de conception et pendant toute la période d’exploitation. Cette étude est une contribution à la vérification et la compréhension des comportements de l’acier à 9% de nickel et de l’acier austénitique 316L utilisés respectivement pour la construction des grands réservoirs et des bras de chargements-déchargements. Ce comportement est étudié à la température ambiante et à -196°C à l’aide d’essais mécaniques classiques et d’essais Small Punch Test. Pour évaluer les effets de cyclage consécutifs aux remplissages-vidanges des installations, une matrice d’essais de cyclage est proposée et les caractéristiques mécaniques des matériaux et de certaines soudures sont établies et comparées avant et après cyclage. / In last few decades, there has been increasing interest in the exploitation of the Liquefied Natural Gas (LNG). It is a fast growing market with many projects of storage terminal installation. Liquefied natural gas is transported and stored in reservoirs with increasingly important capacities at very low temperatures (~ -163°C). This requires the use of special materials with tailored properties at cryogenic temperatures. The storage terminals must operate safely during their life. This imperative security must be taken into account at the design stage and throughout the operating period. This study provides a significant contribution to the verification and understanding of the behavior of 9% Nickel steel and 316L austenitic steel used for the construction of large reservoirs and loading-unloading arms respectively. Mechanical behavior of these materials is studied at room temperature and -196°C using conventional mechanical tests and Small Punch Test. The cycling test matrix is proposed in order to assess effects on installations due to consecutive filling-emptying cycles. The mechanical characteristics of the materials and some of welds are carried out and compared before and after cycling.

Cette thèse s'inscrit dans le cadre d'une collaboration avec EADS Innovation Works et AIRBUS. L'objectif des travaux est d'identifier les modes d'endommagements possibles d'éléments de structure métalliques d'aéronefs développés en service et d'en comprendre les mécanismes et les effets sur les propriétés des matériaux afin de contribuer au développement d'une méthode de contrôle non destructif innovante. Le matériau sélectionné est un alliage d'aluminium 2024-T351, l'un des matériaux constitutifs de la voilure et du fuselage d'avions civils. Les modes d'endommagement étudiés sont la corrosion et le vieillissement microstructural. La première partie de ces travaux est consacrée à l'analyse de l'influence des conditions d'exposition au milieu corrosif sur le développement de la corrosion intergranulaire et à l'identification des mécanismes de dégradation associés et de leurs cinétiques. Des conditions d'exposition originales alternant des phases d'immersion et d'émersion à différentes températures ont été explorées dans la mesure où elles semblent particulièrement représentatives des conditions d'exposition réelles. Les mécanismes proposés pour comprendre l'endommagement observé dans certaines de ces conditions d'exposition au milieu corrosif, impliquent un phénomène apparenté à de la fragilisation par l'hydrogène, phénomène qui n'est, à l'heure actuelle, pas encore reconnu pour les alliages d'aluminium de la série 2xxx. L'influence de l'hydrogène sur les propriétés physico-chimiques et mécaniques du matériau est donc étudiée dans la seconde partie de ces travaux. Enfin, l'influence d'un vieillissement microstructural sur les propriétés de l'alliage ainsi que les couplages possibles entre vieillissement microstructural et phénomènes de corrosion sont abordés dans une dernière partie. L'ensemble des résultats obtenus permet de révéler des pistes pour développer une méthode CND innovante permettant la caractérisation physique in-situ du niveau d'endommagement à l'échelle locale d'éléments de structures en alliages d'aluminium. / In the framework of a collaborative program research with EADS Innovation Works and AIRBUS, this work aims to identify the possible sources of in service damage of pieces of aircraft structure and the impact of these degradations on the mechanical properties of the materials. The results obtained allow describing the mechanisms involved and their kinetics, in order to contribute to the development of an innovative non destructive method. The material selected is the aluminum alloy 2024-T351, one of the constitutive materials for skin and wings of civil aircraft. For this study, the corrosion and the microstructural evolutions have been selected among the possible causes of degradation identified. The first part of this study is dedicated to the analysis of the influence of exposure conditions to the aggressive media on the development of intergranular corrosion and to the identification of the corrosion mechanisms involved and theirs kinetics. Original exposure conditions, alternating immersion steps in corrosive media and emersion steps in air at different temperatures, have been used insofar as these conditions have been estimated as representative of real exposure conditions. For some exposure conditions, the proposed mechanism to explain the damage observed implies a phenomenon related to hydrogen embrittlement which is, at the moment, not well recognized for aluminum alloys of the 2xxx series. The influence of hydrogen on the mechanical and physicochemical properties of the 2024 is so treated in the second part of this study. Finally, the impact of microstructural ageing as well as its possible coupling with corrosion is discussed in the last part. The whole results obtained allow the identification of leads to develop an innovative non destructive method allowing the physical characterization of local damage of aluminum alloys used to build civil aircrafts.

Cette étude constitue une contribution dans un grand projet européen dénommé : 3DICE (3D Integration of Chips using Embedding technologies). La fiabilité mécanique et thermomécanique des composants 3D a été étudiée par des essais normalisés et des simulations numériques. L’essai de chute et le cyclage thermique ont été sélectionnés pour la présente étude. Des analyses de défaillance sont menées pour compléter les approches expérimentales. Les propriétés mécaniques des éléments constituant les composants ont fait l’objet d’une compagne de caractérisation complétée par des recherches bibliographiques. Les simulations numériques, dynamiques transitoires pour l’essai de chute et thermomécanique pour l’essai de cyclage thermique, ont été réalisées pour une estimation numérique de la tenue mécanique des composants. Les modèles numériques sont utilisés pour optimiser le design des composants et prédire les durées de vie en utilisant un modèle de fatigue. / This work establishes a contribution in an important European project mentioned 3DICE (3D Integration of Chips using Embedding technologies). The mechanical and thermomechanical reliability of 3D microelectronic components are studied by employing standardized tests and numerical modeling. The board level drop test and thermal cycling reliability tests are selected for this study. Failures analysis has been used to complete the experimental study. The mechanical properties of elements constituting the microelectronic components were characterized using DMA, tensile test and nanoindentation. Bibliographical researches have been done in order to complete the materials properties data. Numerical simulations using submodeling technique were carried out using a transient dynamic model to simulate the drop test and a thermomechanical model for the thermal cycling test. Numerical results were employing in the design optimization of 3D components and the life prediction using a fatigue model.