Cette recherche sinscrit dans le cadre général de létude du comportement du béton. Elle a pour objectif le développement de nouveau modèle de comportement répondant aux exigences particulières requises pour une exploitation industrielle. Après une analyse des différents modèles proposés, un premier développement a concerné les modèles basés sur la théorie de la fissuration distribuée. Une nouvelle formulation de la théorie a permis de résoudre le problème de blocage de contraintes. Cependant, lanalyse menée a montré des limites inertes à cette théorie malgré lamélioration effectuée.<br />Ensuite, une analyse des mécanismes physiques de dégradation du béton a été menée et a permis de développer le nouveau modèle dendommagement MODEV. Ce modèle se base sur la théorie de la thermodynamique appliquée au cas des matériaux hétérogènes et fragiles. Le modèle MODEV introduit deux modes dendommagement: extension et glissement. Il considère également que le glissement relatif entre les lèvres des microfissures est responsable de lirréversibilité de déformation. Cette déformation devient fonction de lendommagement et de lindice dhétérogénéité du matériau. Leffet unilatéral est pris en compte selon un processus de durcissement/adoucissement élastique lié à la re-fermeture/re-ouverture des fissures. Le modèle est écrit dans le cadre des matériaux non standard généralisés en formulation incrémentale tangente et implémenté dans le code de calcul général aux éléments finis SYMPHONIE. La validation du modèle a été effectuée sur la base de plusieurs essais issus de la littérature.<br />La deuxième partie de cette recherche a concerné lélaboration du logiciel CHEVILAB pour lévaluation de la capacité portante des chevilles de fixation. Cet outil est basé sur lapproche cinématique par lextérieur de la théorie du calcul à la rupture. La solution est obtenue en prenant le minimum des majorations du chargement ultime données par cette approche en considérant plusieurs classes de mécanismes de ruine. CHEVILAB a été ensuite validée par comparaison avec des résultats dessais et des simulations par E.F.

Ce travail porte sur des essais de traction réalisés sur des éprouvettes d'aluminium lithium entaillées, avec des observations in-situ du champ de déformations.La réduction de consommation de carburant est actuellement une priorité pour l'aviation. Les alliages d' Al-Li sont d'excellents candidats pour réduire le poids des avions puisqu'ils combinent de très bonnes propriétés mécaniques avec une densité inférieure à celle des alliages conventionnels. Cependant, les propriétés mécaniques de ces matériaux sont fortement anisotropes, et il est essentiel de contrôler ce phénomène afin d'utiliser le matériel à bon escient. À cette fin, il est nécessaire d'avoir le maximum d'informations sur le matériau tant sur ses propriétés microstructurales (taille et forme des grains...) que mécaniques (élasticité, module de Young, résistance à la fissuration ...). Mais la connaissance de ces propriétés mécaniques globales n'est pas suffisante pour maximiser la résistance à la fissuration (critique dans l'application aéronautique). Dans ce contexte, ce travail vise à quantifier l'influence de la microstructure locale (orientation et la taille des grains) sur la fissuration.La propagation des fissures dans des tôles d'épaisseur 2 mm a été analysée. Les essais de traction ont été effectués sur des échantillons entaillés avec observation in-situ du champ de déplacement.Ainsi, la méthode de la grille a été adaptée pour déterminer de grandes déformations dans les grains. Le champ de déplacement a été caractérisée par la déformation d'une grille croisée collée (pas 30 um), et les paramètres affectant la qualité des résultats (résolution et résolution spatiale) ont été optimisés. Afin de compenser le mouvement du corps rigide, un nouveau système automatique d'acquisition d'image conduisant à de petites déformations entre chaque image a été développé. Une nouvelle méthode d'extraction de phase a été instauré, permettant un déroulage temporel de la phase.

L'objectif de cette étude est de déterminer la tenue du composite SCS-6/Ti6242, alliage de titane avec un renfort unidirectionnel de fibres SiC, pour des applications à température moyenne notamment pour des pièces critiques de moteurs aéronautiques, sous sollicitations thermiques et mécaniques combinées. Les conditions de chargement en service sont simulées en laboratoire par des essais de fatigue mécano-thermique, réalisés dans la plage de températures 100°C - 450°C, en contrainte imposée, sous un rapport de charge nul. Les observations des faciès de rupture réalisées par microscopie optique et électronique à balayage ont montré l'existence de deux mécanismes d'endommagement : la rupture des fibres comme en rupture monotone et la fissuration de la matrice par fatigue. Une analyse par éléments finis a été mise en place pour étudier le comportement mécanique du composite, à partir d'une méthode d'homogénéisation et du comportement de ses constituants. Les calculs montrent l'importance de la redistribution des contraintes entre les fibres et la matrice. Les résultats sont utilisés pour expliquer les mécanismes d'endommagement observés et les conséquences sur la prévision des durées de vie en fatigue anisotherme. La croissance de fissures longues en conditions anisotherme et isotherme a fait l'objet d'une étude expérimentale. Une analyse de mécanique de la rupture recourant à une méthode de zone cohésive a permis de rationaliser les vitesses fissuration observées.

Nous étudions la fragilisation par l'hydrogène de l'alliage d'aluminium 7108. Une technique expérimentale spécifique a été développée : Un pré-chargement en hydrogène des échantillons, à travers un dépôt de nickel de quelques dizaines de microns, qui empêche la dissolution du substrat d'aluminium, est utilisé. Il permet la comparaison de la résistance à la fragilisation de différentes microstructures modèles. Nous étudions l'effet du traitement thermique et de la précipitation sur la sensibilité à l'hydrogène pour des vitesses de déformation macroscopiques imposées variables. Différents modes de rupture sont observés ainsi que des transitions entre eux. Au moyen de simulations numériques à l'échelle mésoscopique, l'effet de taille des précipités intergranulaires pré-fragilisés sur la ténacité des joints de grains est estimé, en utilisant un modèle de zone cohésive. Nous analysons la compétition entre la diffusion de l'hydrogène vers la pointe de la fissure et la vitesse de fissuration par un couplage mécanique - diffusion basé sur la diffusion de l'hydrogène assistée par la contrainte hydrostatique. Une vitesse critique au-delà de laquelle l'hydrogène ne peut plus suivre la fissure, est mise en évidence. L'influence de la microstructure du joint de grains sur cette vitesse est analysée. La valeur est comparée à une estimation des vitesses de propagation expérimentales obtenues pour différentes vitesses de déformation macroscopiques. Nous analysons l'effet du piégeage de l'hydrogène par les précipités intergranulaires et la désorption sur la répartition de l'hydrogène le long du joint de grains en imposant un flux au niveau de l'interface précipités - matrice.

Les filtres à particules (FAP) utilisés dans les véhicules de PSA Peugeot-Citroën sont constitués d'un assemblage de modules (dits segments) de nids d'abeilles en carbure de silicium. Ces structures sont soumises à de forts gradients thermiques lors de la phase de régénération (décolmatage) par combustion des suies. En fonction de la sévérité de la régénération, les filtres sont susceptibles de présenter un endommagement mécanique qui se manifeste sous la forme de fissures, pouvant compromettre, dans certains cas extrêmes, l'efficacité de la filtration. Ce travail a eu pour but principal de développer des modélisations thermomécaniques, expérimentales et numériques, du phénomène de régénération. Les propriétés thermomécaniques des structures cellulaires constituant les FAP ont été caractérisées expérimentalement et un matériau anisotrope homogène équivalent aux nids d'abeilles a été défini, en vue de la réalisation de calculs par éléments finis. L'analyse des nombreuses mesures de températures réalisées lors d'essais de régénération sévère sur banc moteur a permis d'identifier l'évolution temporelle du champ thermique provoquée par la combustion des suies. Les instants d'apparition des fissures ont été déterminés par émission acoustique. Les lieux et les moments de fissuration ont pu être associés à la présence locale de forts gradients thermiques. Un banc d'essai simplifié à chauffage par effet Joule a été conçu dans le but de reproduire sur un segment isolé les chargements thermiques rencontrés lors des essais sur banc moteur. A partir des mesures de températures réalisées, les champs thermiques ont été reconstitués et les champs de contraintes associés calculés par éléments finis. La corrélation de ces champs avec les lieux et les instants de fissuration relevés expérimentalement a permis de proposer un critère simple d'amorçage des fissures, extrapolable aux essais sévères sur banc moteur.

Le phénomène de radoucissement d'une roche est étudié à partir de l'observation des modes de localisation des déformations. A partir d'essais de compression triaxiale sur un grès de Fontainebleau, on caractérise à la fois de comportement pré-localisation et la formation des bandes de cisaillement. Les conditions d'essais sont optimisées par un choix adapté de la géométrie de l'échantillon (élancement, taille, forme) et des conditions à l'interface roche-plateau. On montre que le frettage à l'interface modifie l'allure des courbes contraintes-déformations et affecte le mode de rupture. Les caractéristiques de bandes de cisaillement (orientation et épaisseur) sont également modifiées par le frettage. Une technique anti-frettage par lubrification de l'interface est utilisée et validée. L'effet de la présence d'un fluide interstitiel est étudié. On montre que la loi de contrainte effective de Terzaghi est vérifiée dans le cas des essais réalisés en conditions drainées. Les phases de fissuration des échantillons correspondant au seuil de microfissuration, au seuil de dilatance et au seuil de localisation sont identifiées. Le problème du contrôle expérimental de la phase post-pic est également discuté. Les observations de bandes de cisaillement montrent que l'épaisseur et l'angle d'orientation de la bande par rapport à la contrainte principale mineure ont tendance à diminuer quand on augmente la pression de confinement. La microstructure des bandes est étudiée à partir de microphotographies obtenues au microscope électronique à balayage (MEB) et à la loupe binoculaire. L'évolution de la porosité et de la granulométrie dans la zone de localisation est quantifiée. Sous faible pression de confinement, on observe un phénomène de dilatance à l'intérieur et à proximité de la bande caractérisé par une augmentation de la porosité. A forte pression de confinement, on observe un phénomène de dilatance à proximité de la bande et de contractance au co eur de la bande caractérisé par une intense fragmentation des grains et une réduction importante de la porosité. Un modèle de comportement élastoplastique du second-gradient avec écrouissage et radoucissement pour le grès de Fontainebleau est développé. La phase d'écrouissage est étalonnée sur la phase pré-localisation des essais triaxiaux. Le comportement radoucissant est évalué de façon indirecte à partir d'une analyse de l'épaisseur des bandes de cisaillement. (Résumé de l'auteur)

Les phénomènes d'émission d'ondes acoustiques générées par les mécanismes de fissuration des échantillons de roche sous contrainte, sont étudiés expérimentalement, et les résultats interprétés comparativement avec les phénomènes sismiques de l'écorce terrestre. On s'intéresse ici, dans une analyse de type statistique, à l'influence des conditions de sollicitations et celle des matériaux étudiés sur les caractéristiques diverses des événements microsismiques enregistrés. On a pu ainsi mettre en évidence les influences du facteur temps et de l'histoire de la sollicitation sur la taille des microséismes et leur répartition spatiotemporelle, les processus invoqués semblant présenter des analogies avec les phénomènes de terrain. Les fréquences dominantes des spectres expérimentaux semblent correspondre à des tailles moyennes de source assez proches de la dimension des grains de la roche considérée. Une évolution du contenu spectral des signaux avec la contrainte appliquée (pouvant être éventuellement utilisée comme moyen de prédiction d'un phénomène majeur " in situ") a pu être observée et interprétée en termes de mécanismes à la source.

La rupture dynamique des réservoirs métalliques pressurisés résulte de la compétition entre la fissuration de la paroi et la sortie du fluide qui en est à l'origine. Pour comprendre ce phénomène, deux études expérimentales ont été mises en œuvre.<br />· La première a consisté à soumettre des plaques métalliques à des chargements sous forme d'explosions, et à examiner leur mode de fissuration. Les vitesses de fissuration semblent indépendantes du chargement, tandis que la taille des fragments augmente avec la violence de l'explosion.<br />· La deuxième a consisté à faire exploser des enceintes d'environ vingt litres. Elle a permis de confirmer une partie des tendances observées précédemment.

Lorsqu'une pièce mécanique est soumise à une sollicitation mécanique répétée dans le temps, elle risque de s'endommager après un certain nombre de cycles d'utilisation par amorçage de plusieurs fissures et propagation d'une fissure principale. C'est le phénomène d'endommagement par fatigue. La thèse traite plus particulièrement du possible endommagement de certains composants de centrales nucléaires par fatigue thermique. Contrairement à l'endommagement classique en fatigue mécanique où une fissure principale vient rompre la pièce, l'endommagement par fatigue thermique se traduit généralement par l'apparition d'un réseau de fissures surfaciques. Deux aspects sont traités dans la thèse. Le premier est l'étude expérimentale de la phase de fissuration multiple ou multifissuration en fatigue. Pour cela deux campagnes d'essais avec détection de la multifissuration par corrélation d'images numériques ont été menées. Ces campagnes concernent des chargements mécaniques uniaxiaux et équibiaxiaux de traction/compression sans contrainte moyenne. Ce travail a permis de suivre et d'observer l'évolution de différents réseaux de fissures à travers des sollicitations de type mécanique. Le second est la simulation numérique du phénomène d'endommagement en fatigue mécanique et thermique. Plusieurs types de modélisation sont utilisés (stochastique, probabiliste, éléments finis cohésifs). Les résultats expérimentaux ont permis d'identifier une loi d'amorçage multiple en fatigue et sont également confrontés aux résultats numériques. Cette confrontation permet notamment de montrer la pertinence de l'utilisation d'un modèle probabiliste analytique afin de retrouver des résultats statistiques sur la densité de fissures qui peuvent être amorcées en fatigue thermique et mécanique.

Cette thèse porte sur l'étude de la durée de vie de composants et modules de puissance dans des environnements thermiques sévères, lorsque les modules de puissance sont amenés à travailler à haute température ou sous des cycles de température de forte amplitude. Les domaines visés par cette étude concernent plus particulièrement des applications extrêmement contraignantes telles que les applications aéronautiques. Un module de puissance est un assemblage de plusieurs matériaux (semi-conducteurs, brasures, céramiques, conducteurs) présentant des propriétés mécaniques, notamment de coefficient de dilatation thermiques (CTE) différentes. Les pertes dans les puces actives et les variations de température ambiante (profils de mission) sont responsables de contraintes mécaniques liées aux différences de CTE entre les différents matériaux. Les modes de défaillance étant principalement d'origine mécanique, ces travaux ont été effectués entre le SATIE et le LMT (Institut Farman). L'étude mécanique a complété des travaux expérimentaux de caractérisation et de vieillissement accéléré de modules de puissance à semi-conducteur. Ces études ont nécessité la mise en place d'essais de vieillissement spécifiques, passifs (utilisation d'une étuve permettant de contraindre les assemblages de puissance sous des cycles thermiques de grande amplitude) et actifs (utilisation de régimes extrêmes de fonctionnement tels que le court-circuit pour accélérer le vieillissement de certaines parties de l'assemblage).La première partie de ce manuscrit présente les principes physiques mis en jeu. Nous présenterons succinctement les concepts de mécanique de la rupture ainsi que les couplages physiques.La deuxième partie porte sur la rupture de la céramique des substrats DCB. Cette rupture peut provenir de défauts répartis aléatoirement dans le matériau. Nous aborderons le problème par une approche statistique où nous introduirons la "Théorie du maillon faible". L'autre cause de rupture est la présence de défauts géométriques que l'on appelle singularité où il existe une concentration des contraintes nécessitant une approche déterministe. A cette occasion nous introduirons le facteur d'intensité des contraintes qui permet d'étudier les problèmes de rupture liés à des zones singulières.La dernière partie portera sur la dégradation de la métallisation du transistor. La recherche d'indicateurs de vieillissement a demandé la mise au point de différents bancs de caractérisation électrique pour la mesure fine de différentes grandeurs électriques (courants de fuite, tensions de seuil, chute de tension à l'état passant...) dans un environnement thermique contrôlé. De plus ces caractérisations électriques sont corrélées à des observations de la métallisation effectuées par un microscope électronique à balayage de manière régulière. Nous chercherons à montrer comment la modification de la morphologie de la métallisation peut modifier les caractéristiques électriques des transistors de puissance testés.