Les aciers renforcés par une dispersion d’oxydes nanométriques (ODS : Oxide Dispersion Strengthened) sont connus pour leur bonne tenue en fluage à haute température et pour leur bonne résistance au gonflement sous irradiation. Ils sont envisagés comme matériaux potentiels pour le gainage combustible des réacteurs de quatrième génération (Réacteur à Neutrons Rapides refroidis au Sodium). Les aciers ferritiques ODS, généralement élaborés par filage à chaud, possèdent une microstructure complexe (texture morphologique et cristallographique, fine précipitation, forte densité de dislocations, différentes tailles de grains) rendant la compréhension de la relation entre la microstructure et les propriétés mécaniques délicate. Le travail de cette thèse a consisté à caractériser et à modéliser l’effet des différents composants de la microstructure sur le comportement mécanique d’aciers ferritiques Fe-14Cr ODS, ainsi que d’affiner la compréhension de leurs mécanismes de déformation. Pour cela, des matériaux modèles ont été élaborés par compaction isostatique à chaud puis caractérisés, dans lesquels les différents paramètres microstructuraux ont été variés de manière contrôlée. Leur microstructure a été déterminée à l’aide de diverses techniques de caractérisation avancées (MEB-EBSD, MET, DXPA, microsonde de Castaing, …). Ces différentes nuances ont été testées en traction sur une large gamme de température et en fluage à 650°C et 700°C. Les résultats ont mis en évidence l’effet de la taille et la fraction des oxydes, de la structure de grains, et de la présence du Titane, et ont servi de base pour proposer une modélisation. Des essais de déformation in situ au MET ainsi que des essais de traction à chaud avec mesure des champs de déformation locaux ont permis de mettre en évidence une transition entre mouvement saccadé de dislocations à basse température, et mécanismes de déformation à chaud, intragranulaires (vieillissement dynamique, mouvement de dislocations continu) et intergranulaires. A haute température, un fort endommagement au niveau des joints de grains est observé. / Oxide dispersion strengthened (ODS) ferritic steels are known for their good resistance both to high temperature creep and to swelling under irradiation. They are considered as potential materials for fuel cladding for the next generation of nuclear reactors (Sodium-cooled Fast Reactor). These materials, usually processed by hot extrusion, exhibit a complex microstructure (crystallographic and grain texture, nanometer precipitation, high dislocation density, poly-dispersed grain size), making it a real challenge to establish the microstructure / properties relationships. This thesis has aimed at characterizing and modeling the effect of the different components of the microstructure on the mechanical properties of ferritic Fe-14Cr ODS steels, as well as to improve the understanding of their deformation mechanisms. For this purpose, model materials have been elaborated by hot isostatic pressing and characterized, where the different microstructural parameters have been varied in a controlled manner. Their microstructure have been determined using a set of advanced characterization techniques (SEM-EBSD, TEM, SAXS, EPMA, …). These different materials have been tensile tested over a wide temperature range and creep tested at 650 and 700°C. The results have evidenced the effect of the size and fraction of oxide particles, of the grain size and of the presence of Ti, and have made it possible to model the mechanical behavior. In-situ tensile tests in the SEM, as well as strain field measurements during high temperature testing, have evidenced a transition between a jerky movement of dislocations at low temperature and the high temperature mechanisms, whether intra-granular (dynamic strain ageing, continuous dislocation movement) or inter-granular. At high temperature, severe damage is observed at the grain boundaries.

Ce travail de thèse s’est focalisé sur l’étude des alliages Fe-14%Cr nanorenforcés par dispersion d’oxydes obtenus par broyage à haute énergie à partir de poudres pré-alliées de la matrice et d’Y2O3. L’objectif était double : (i) étudier la cinétique de précipitation, en particulier la phase de coalescence, des oxydes en fonction de la teneur en élément d’addition (Ti, Y, O) lors de traitements thermiques à haute température et postérieurs à l’étape de consolidation, et (ii) d’analyser les hétérogénéités de déformations élastiques et élastoplastiques dans ces aciers en fonction de l’avancement de la précipitation. La microstructure et la nanostructure ont été étudiées par microscopie électronique en transmission (MET) et diffusion de neutrons aux petits angles (DNPA). L’ensemble de ces techniques a permis de mettre en évidence des comportements différents selon les teneurs en éléments d’addition. En particulier, l’ajout de titane induit un ralentissement très net de la coalescence des particules contrairement aux ajouts d’oxygène et d’yttrium. Ces variations de teneurs initiales influent sur la forme, la structure cristallographique des particules, sur les relations d’orientations avec la matrice et en voie de conséquence, sur les cinétiques de précipitation. Par conséquent, assurer un rapport Ti /Y supérieur à 1 et limiter l’apport en oxygène sont des garants de la stabilité des nanoparticules à hautes températures dans les aciers ODS. Le phénomène de recristallisation a également été observé à haute température dans les matériaux dans lesquels la coalescence des oxydes est largement avancée. Afin de corréler l’évolution des microstructures avec celle des propriétés mécaniques, une modélisation macroscopique du durcissement a ensuite été réalisée, en distinguant les différentes contributions (nanoparticules, taille de grains et dislocations). Le durcissement calculé à partir des observations expérimentales est en très bon accord avec les valeurs mesurées. Ces calculs rendent bien compte des variations entre alliages et mettent en évidence l’influence prépondérante de la taille des particules sur la dureté des matériaux. Enfin une étude fine des hétérogénéités de déformation des grains en fonction de leur orientation cristallographique a été menée par diffraction de neutrons. Ces résultats ont été confrontés à un calcul micromécanique en champ moyen. Cette dernière partie a montré l’existence de comportements locaux différents dans des matériaux présentant des comportements macroscopiques similaires. / This PhD work focused on the study of Fe-14%Cr alloys nanoreinforced by oxide dispersion obtained by high energy milling from pre-alloyed powders of the matrix and Y2O3.The main objectives were: (i) the study of the precipitation kinetics of oxides, in particular the coarsening, according to the content of added elements (Ti, Y, O) after consolidation and after heat treatments at high temperature. (ii) The elastoplastic and elastic deformations heterogeneities analyze in these alloys, depending on the progress of the precipitation. Microstructure and nanostructure were studied by Transmission Electron Microscopy (TEM) and Small angles neutron scattering (SANS).All of these techniques allowed identifying different behaviors depending on the added element contents. In particular, the addition of titanium induced a marked deceleration of oxide coarsening in contrast to those samples added oxygen and yttrium. These variations of initial contents have an influence on the form, the crystallographic structure of the particles, the orientation relationships with the matrix and consequently, the precipitation kinetics. Therefore, ensuring the ratio Ti/Y greater than 1 and, limiting the oxygen can guarantee the stability of the nanoparticles at high temperatures in the ODS alloys. The recrystallization phenomenon was also observed at high temperature in the materials of which the oxides coarsening is fast. In order to correlate the evolution of microstructure with the mechanical properties, a macroscopic model of hardening was then carried out by distinguishing the different contributions (nanoparticles, grain size and dislocations). The hardening calculated from experimental observations, is in good agreement with measured values. These calculations demonstrate the high influence of particle size on the hardness of materials. Finally, a detailed study of deformation heterogeneities of the grains according to their crystallographic orientation was carried out by neutron diffraction. These results were compared to a mean field micromechanics calculation. This last part has shown the existence of different local behaviors for materials presenting similar macroscopic behavior.

In this study, settlement and seepage behavior of Muratli Dam, which is the first asphalt faced rockfill dam in Turkey, is investigated for the &ldquo / end of construction&rdquo / and &ldquo / reservoir impoundment&rdquo / loading conditions. Two dimensional plane strain finite element analyses are carried out in order to determine the total stresses, displacements and pore water pressures. Hardening soil model is used in order to represent the non-linear, inelastic and stress dependent behavior of rockfill material. Material model parameters are selected mainly referring to the previous studies on the dams consisting of similar materials and then back analyses are done to find the best fit. Calculated stresses, displacements and pore water pressures are compared with the observed values for both end of construction and reservoir filling conditions.