Les travaux effectués au cours de cette thèse ont pour objectif d’étudier et de modéliser une opération de soudage multipasse d’un acier à haute limite d’élasticité utilisé en construction navale. Dans ce cadre il s’agit de prédire les conséquences métallurgiques et mécaniques du procédé et tout particulièrement la répartition et l’intensité des contraintes résiduelles post- soudage nécessaires pour analyser l’intégrité de la structure navale en service. Deux maquettes représentatives d’un joint d’angle en Té ont permis de caractériser l’évolution des cycles thermiques, de la microstructure et des contraintes résiduelles (estimées par les méthodes du contour et du trou profond) après chaque passe de soudage. La suite de l’étude concerne la caractérisation et la modélisation du comportement thermo-métallurgique et thermo- mécanique des différentes phases apparaissant au cours du soudage. La dernière partie porte sur l’implémentation des modèles retenus dans le code de calcul élément finis Abaqus à l’aide de sous-programmes spécifiques. Une étape de transition d’échelle a permis de décrire le comportement thermomécanique multiphasé de cet acier. Des calculs préliminaires ont été conduits pour valider l’implémentation des modèles sur des cas simples. Différents couplages ont été réalisés, soit une analyse thermique puis thermo-métallurgique, pour estimer la dureté après chaque passe et enfin métallurgique-mécanique pour prédire les contraintes résiduelles pour le procédé de soudage multipasse. Les résultats des calculs éléments finis ont été discutés et comparés aux résultats expérimentaux obtenus dans la première partie de cette étude. / This thesis aims at studying and modeling a multipass welding operation of a high strength steel used in shipbuilding. In this framework, work focus on predicting the metallurgical and mechanical consequences of the process and, in particular, the residual stress distribution after welding. Since residual stresses can be detrimental to the performance of the welded product, their estimation is essential and numerical modelling is useful to predict them. Two welding mock-ups which are representative of a T- joint were used to characterize the evolution of thermal cycles, microstructure and residual stresses (measured by contour method and deep hole drilling) after each welding pass. Metallurgical and mechanical behaviors were thoroughly characterized in order to feed numerical models with reliable constitutive equations. The last part deals with the implementation of the models in the finite element calculation code Abaqus using specific subroutines. A scale transition procedure has been added to describe the thermomechanical multiphase behavior of the steel. Preliminary calculations were carried out for simple cases to validate the implementation of models. Different numerical couplings were made. First a thermal analysis then a thermo-metallurgical analysis, to estimate the hardness after each welding pass. Finally, a metallurgical-mechanical analysis is achieved for the prediction of residual stresses due to multipass welding. The results of the finite element calculations were discussed and compared with the experimental results obtained in the first part of this work.

La méthode du contour est une technique récente pour la mesure de contraintes résiduelles dans des structures mécaniques. Elle permet d'obtenir un champ de contraintes résiduelles en 2D. Dans la méthode du contour, l'échantillon est découpé en deux parties. Les contraintes résiduelles normales aux faces découpées se détendent, ce qui cause leur déformation. Le profil de déformation des faces coupées est mesuré, puis utilisé pour le calcul de contraintes résiduelles. La méthode du contour est basée sur le principe de superposition élastique. Sa théorie assume que la détente de contraintes résiduelles est entièrement élastique. Cependant, en pratique, la détente élastique de contraintes résiduelles peut être accompagnée d'une détente plastique, ce qui induit des erreurs dans les contraintes mesurées. Ce projet se concentre sur l'étude et le contrôle des erreurs de plasticité dans la méthode du contour. Les résultats de cette recherche fournissent d'importantes informations sur la façon dont les déformations plastiques affectent les résultats de la méthode du contour. Par ailleurs une nouvelle technique de coupe pour l'atténuation des erreurs de plasticité a été développée. Des outils de calcul et des instructions sont proposés pour l'estimation des erreurs de plasticité. Enfin des instructions pour la minimisation des erreurs de plasticité sont proposées et appliquées à la mesure de contraintes résiduelles dans un échantillon. / The contour method has emerged as a promising technique for residual stress measurement in relatively large, thick and complex engineering components. The method involves making a cut in the sample of interest, measuring the subsequent relaxed deformation of the cut face and using this profile to back-calculate the original residual stress field by FE modelling. The method is based on the theory of elasticity in that the stress relaxation during test specimen cutting is assumed to be entirely elastic. However, when measuring residual stresses close to the material yield stress, plasticity can occur and affect the measurements.The main aim of this thesis was to develop methods of mitigating and estimating plasticity-induced errors in the contour method. The outcomes of this research provide a valuable insight into how accumulation of plasticity affects the performance of the contour method. A novel cutting strategy that aims at mitigating the plasticity-induced errors has been developed. Furthermore, procedures are developed to estimate the plasticity-induced errors. Finally guidelines are proposed and applied to a case study for mitigating the plasticity-induced errors in the contour method.