L'impact des infrastructures de transport sur l'environnement est une des préoccupations du ministère en charge de l'environnement. Le ruissellement des eaux de pluie sur les surfaces urbanisées engendre un effluent complexe plus ou moins pollué. L'objet de ce travail était de préciser le rôle de la fraction colloïdale sur la mobilité des éléments traces en assainissement routier. Pour cela nous avons procédé à deux échelles, d'une part d'une manière globale en instrumentant un bassin d'infiltration des eaux pluviales, afin de collecter et de qualifier l'effluent au cours de la chaîne d'infiltration depuis la route jusqu'aux eaux interstitielles ; d'autre part en simulant à l'échelle de la colonne de laboratoire, les sollicitations subies par le sédiment au cours de l'année, c'est à dire des variations de force ionique et des variations de charge hydraulique. L'isolement de la fraction colloïdale a été assurépar un protocole d'ultrafiltration et la caractérisation a été réalisée en couplant les analyses physicochimiques (ICP-AES, SAA, MEB, MEBE, MET, XPS) et un code de calcul géochimique. Les résultats obtenus sur le terrain mettent en évidence l'existence et la grande variabilité de la fraction colloïdale. Seul le cuivre y est toujours présent entre 4 et 59 % de sa concentration totale. Une méthodologie visant à réduire l'incertitude a été mise au point. La chute de la force ionique entraîne une mobilisation colloïdale d'aluminium, de cuivre, de plomb et de matière organique, alors que les cycles d'arrêt-reprise du débit mobilisent le cuivre, le fer, le zinc, le nickel et des composés organiques. La caractérisation colloïdale des éluats montre que les éléments traces sont associés à des oxydes d'aluminium et de fer accompagnés de substances organiques issues de la dégradation biologique mais qui sont à identifier.

Les tubes GV des centrales nucléaires REP (alliages 600, 690 et 800) sont protégés contre la corrosion par une couche d'oxyde. Le relâchement, dans le milieu primaire, de produits de corrosion qui, activés, augmentent la radioactivité, est limité par cette couche. La rupture localisée de la couche peut conduire à la corrosion sous contrainte de l'alliage. L'objectif de cette étude est de comprendre les phénomènes régissant les stades initiaux de la formation des couches d'oxydes sur ces alliages. Un système d'oxydation (micro-autoclave) a été développé, permettant de réaliser des essais d'oxydation dans l'eau à 325°C de quelques secondes à ~10 min. Les surfaces ont été caractérisées par XPS, NRA, STM et MEB, et un modèle de croissance a été proposé pour l'alliage 600. Des essais plus longs ont été effectués (400 h). Les cinétiques à temps longs ont pu être reliées à celles des temps courts, confirmant le rôle crucial des stades initiaux dans la croissance des couches d'oxyde.

Cette thèse concerne l'étude du message magnétique de la lithosphère océanique. Nous nous sommes, dans un premier temps, intéressés à l'évolution du signal magnétique à travers une section de croûte océanique complète et continue des basaltes jusqu'aux gabbros. Le but était de comprendre comment les propriétés magnétiques des roches peuvent nous renseigner sur les conditions d'altération dans la croûte océanique. Nous avons donc établi un jeu de données magnétiques (température de Curie, paramètres d'hystérésis, mesures magnétiques basse température) sur l'ensemble de la section de croûte océanique forée au site IODP 1256D, dans l'océan Pacifique. Ces données sont confrontées aux températures d'altération, établies par thermo barométrie et mettent en évidence une étroite relation entre l'altération des phases magnétiques et les températures d'altération. De plus, des analyses semi-quantitatives et des observations microscopiques (optique, MEB et MET) mettent en évidence un changement de structure cristalline, associée à une perte de titane, permettant la formation d'une phase secondaire, l'hydroschorlomite, dans un intervalle de forte altération des phases magnétiques (entre 670 et 1028 mbsf (meters below sea floor)). Dans un second temps, l'acquisition de profils d'anomalies magnétiques marines de surface et d'un profil d'anomalies de fond " deep tow " à travers le superchron du Crétacé (entre 83 et 120 Ma) nous a permis de tester la stabilité de polarité du champ géomagnétique durant cette période. Nous mettons en évidence la présence d'anomalies magnétiques : des anomalies de courtes longueurs d'onde ou " tiny-wiggles " à travers l'ensemble du superchron et des anomalies magnétiques de plus grande longueur d'onde, assimilables à de courts intervalles de polarité inverse. Nos mesures montrent que le comportement du champ magnétique durant le superchron n'est pas différent des périodes qui le précèdent (chrons M0-M1-M2) et le suivent (chrons 33n et 33r). La définition de superchron doit être remise en question.

Les travaux portent sur deux nuances d'alliages Ni-Cr-W, l'une contenant des précipités de W (EM722) et l'autre non (EM721). Les matériaux forgés, fournis par Aubert & Duval, présentaient des microstructures hétérogènes avec de très gros grains. Dans un premier temps, une procédure thermomécanique a été développée afin d'obtenir un état de référence avec une microstructure homogène avec une faible taille de grains et une texture relativement peu accusée. A partir de cet état de référence, l'évolution de la texture, au cours du laminage à froid (différents taux de réduction), a été analysée par diffraction des neutrons et a montré un renforcement de la texture de type Laiton. Les mécanismes de déformation ont été étudiés en microscopie électronique en transmission et par EBSD (Electron BackScatter Diffraction) afin de comprendre la formation de ce type de texture. Les bandes de cisaillement sont supposées être un facteur important pour la formation de ce type de texture. A partir des états déformés, la cinétique de recristallisation a été déterminée pour deux températures (700°C et 900°C) à partir de mesures de microdureté et par EBSD. Les mécanismes de recristallisation ont été étudiés par MET. Le mécanisme de SIBM (Strain Induced grain Boundary Migration) est le mécanisme prépondérant pour la nuance EM721. Pour l'autre nuance, EM722, possédant des précipités de W, le mécanisme de SIBM est présent, mais en plus, un second mécanisme de PSN (Particle Stimulated Nucleation) a été mis en évidence. De plus, quel que soit le mécanisme de recristallisation, une fois que les germes sont formés, ils maclent très rapidement. Par conséquent, une étude complémentaire sur l'évolution des joints de macle pendant la recristallisation primaire a été réalisée, en employant l'EBSD et surtout le système ASTAR installé dans un MET. Il a alors été montré que cette évolution dépend à la fois de la taille des grains et de l'énergie stockée par les grains pendant la déformation. Enfin, une simulation de la recristallisation primaire de type Monte-Carlo a également été mise en œuvre. Son originalité réside notamment dans sa capacité à rendre compte de la formation des joints de macles cohérents et rectilignes.

Ce travail porte sur la synthèse en phase gazeuse de nanoparticules carbonées par un procédé plasma hors-équilibre. Dans un premier temps, l'étude bibliographique, consacrée aux noirs de carbone et aux nanotubes de carbone, présente les différents procédés existants (conventionnels et plasma) pour leur synthèse en phase gazeuse ainsi que leur mécanisme de croissance. Puis, le développement et la mise en place du procédé plasma hors-équilibre, basé sur l'établissement de décharges non thermiques à haute tension et faible courant, sont décrits. Ensuite, les résultats expérimentaux liés à la caractérisation du procédé sont présentés. Il s'agitessentiellement d'une caractérisation électrique de la torche plasma sans injection de réactif et d'une caractérisation lors d'injection d'hydrocarbure. Cette dernière est basée sur une étude paramétrique et des bilans de matière (taux de conversion estimés à partir de mesures par Chromatographie en Phase Gazeuse, CPG). Les nanoparticules carbonées synthétisées sont caractérisées par Microscopie Electronique à Balayage (MEB) et à Transmission (MET), diffractions de rayons X et analyses BET. Deux principales familles de nanoparticules sont mises en évidenceen fonction de leur texture: (i) les nanoparticules de textures à tendance concentrique tels que les noirs de carbone "classiques", les noirs de carbone de type noirs d'acétylène et les coques carbonées, (ii) les nanoparticules à textures isotropes tels que les "papiers froissés" à haute et faible nanotextures et les nanoparticules "microporeuses". Une corrélation entre les conditions opératoires et les caractéristiques structurales des nanoparticules est présentée. Enfin, la modélisation de cinétique chimique permet d'estimer le volume réactionnel du procédé tandis que la modélisation de l'écoulement dans le réacteur permet d'évaluer le champs de température et de vitesse ainsi que l'histoire thermique des particules dans le réacteur.

Cette recherche vise à analyser et à identifier, par des essais, le comportement au fluage d'une argile de type kaolinite sous un état de contraintes triaxial. Une investigation fine de l’état microstructural, avant et après fluage, a par ailleurs été réalisée. Les résultats macroscopiques ont permis de constater que des phénomènes de dilatance et de contractante s’amplifient pendant le fluage. Les résultats montrent également que la position, sur le plan des contraintes (p'-q), du niveau de contrainte vis-à-vis des différents domaines volumétriques, contrôle le développement de la déformation au fluage et du taux de déformation. Les résultats de MEB ont montré que l'évolution microstructurale de l'argile, après le chargement mécanique, dépend fortement de l'histoire du chargement. / The objective of this research is to analyze the creep behavior of a typical clay along triaxial tests, moreover, to analyze the microstructural mechanisms of creep. Analysis on the macroscopic results ascertained that both dilatancy and contractancy phenomena could occur during creep. The magnitude of the dilatancy/contractancy during creep was guided by the test conditions: stress level and the over consolidation ratio, which specifically governed the direction of the volumetric strain variations. The results of SEM indicated that the microstructural evolution of the clay after the mechanical loading depend on the stress history. Afterwards, the structural evolution in creep phase depends on the structural pattern developed in monotonic loading

Ce travail de thèse concerne l’acier 16MND5 des cuves des Réacteurs à Eau Préssurisée (REP).L’étude vise à caractériser de manière quantitative la microstructure et à comprendre l’effet desparamètres influents (vitesse de refroidissement, température de revenu …) sur sa formation. D’unpoint de vue expérimental, l’étude est menée grâce à l’utilisation des techniques d’observationcomme la métallographie, le MET, MEB et l’EBSD, et la réalisation de traitements thermiquescontrôlés (dilatométrie notamment).Ces observations visent à identifier les différents constituants de l’acier et de déterminer lesgrandeurs quantitatives les caractériser (tailles, fractions volumiques des différentes phases ainsique leurs orientations cristallographiques).Nous avons dans un premier temps caractérisé de manière complète et quantitative, lamicrostructure de l’acier 16MND5 à l’état de réception (trempé et revenu). L’étude a permis demontrer qu’il existe un gradient de microstructure entre la peau interne et le coeur de l’épaisseur dela virole. La microstructure à coeur est constituée de ferrite proeutectoïde, de bainite et d’amas decarbures, tandis qu’en peau interne on est en présence de bainite et d’amas de carbures.Une campagne d’essais de dilatométrie a été réalisée afin de simuler la microstructure brute detrempe de l’acier 16MND5 et d’observer l’effet de la vitesse de refroidissement, des températuresde transformation sur la microstructure des aciers de cuve. Ces essais ont révélé que lamicrostructure de l’acier 16MND5 après refroidissement est constituée de bainite, d’îlots demartensite et d’austénite résiduelle (M-A) enrichie en carbone. Ce sont ces îlots M-A qui donnentnaissance aux amas de carbures lors du revenu final.L’effet de la composition chimique de cet acier a été étudié grâce à l’utilisation d’une tôle ayant unecomposition chimique plus riche en carbone et en éléments d’alliages. Ce travail a montré quel’augmentation des teneurs en carbone et en éléments d’alliages modifiaient la morphologie et lacristallographie de la ferrite.L’étude des comportements mécaniques des constituants présents en peau interne, quart épaisseur etmi épaisseur a été réalisée grâce à des essais de résilience sur des éprouvettes de mini charpy. Cetteétude a permis de montrer qu’à basse température (-120°C) la peau interne présente de meilleurespropriétés de résilience que le quart et la mi épaisseur de la virole. Des examens de la surfacelatérale des éprouvettes de Charpy ont montré que la présence de ferrite proeutectoïde favorise lagermination de micro-fissures de clivage. / Reactor pressure vessel is the second security barrier of the nuclear reactor and it is elaboratedwith a low carbon steel ( C-0.16%). Due to the large size of the ferrule there is temperatureand cooling rate gradient, which lead to microstructure gradient. To develop predictive modelit is necessary to well describe the microstructure which depend to the processing parameters.We focuse our work in investigating the effect of the processing parameters (cooling rate,chemical composition...) on the final microstructure during phase transformation.To get these informations and better describe the microstructure, we have used someexperimental technics like SEM, EBSD, TEM and Optical Microscopy. The steel used is alow carbon steel with a composition of C-0.16%, Mn-1.32%, Ni-0.72%, Mo-0.49%, Si-0.23%, Cr-0.23%, P-0.010%, S-0.004%. The material has been tempered in the range 635°C-660°C after cooling. Three positions have been chosen for examinations, because the coolingrate is not the same between the center and the edge of the material. The results of theobservations made in the different scale, indicate that the microstructure is mainly baniticwith bainitic ferrite and cementite precipitates. Examinations of the precipitates withextractive replicas in TEM reveal that morphology of cementite particles is complex they arecylinder-shaped particles, short bars particles and skeletal particles. OrientationsRelationships (OR) have been determined between ferrite and cementite particles with thinfoils in TEM by using Selected Area Diffraction, in a large number areas the Isaichev andBagaryatskii OR have been observed, a little Pitsch Petch OR have been obtained. The EBSDmap shows that the bainitic ferrite morphologies are both lath like and polygon. Themisorientations inside the laths are very small (0.5° misorientation point to point) andbetween laths we have the range 49-60° misorientation. The profile of misorientationsbetween point to point indicates higher frequency for the range 49-60°. Charpy test have beenperformed to analyze the effect of the microstructure on the fracture energy at lowtemperature. The results show that the fracture energy decreases when the content ofproeutectoid ferrite is high.

La technique Imagerie par Contraste de Canalisation d'Electron (ECCI) est utilisée en microscopie électronique à balayage (MEB) pour visualiser et caractériser des défauts cristallins tels que les dislocations. L’ECCI nécessite l'orientation, avec grande précision (meilleure que 0,1°), du cristal à analyser par rapport au faisceau d’électrons pour satisfaire les conditions très strictes de canalisation d'électrons. À cause de la limitation en résolution spatiale et angulaire des techniques actuelles permettant de déterminer l’orientation cristallographique, la caractérisation des défauts cristallins par ECCI est actuellement appliquée à des monocristaux (ou des polycristaux possédant des gros grains) et les conditions de canalisation ne sont pas toujours satisfaites. Dans ce projet de thèse, un mode de balayage Précession de faisceau (Rocking Beam en anglais) a été développé dans un microscope électronique à balayage. Il permet l’acquisition de diagrammes pseudo-Kikuchi haute résolution spatiale (500nm) et angulaire (0,04°) (High Resolution Selected Area Channeling Pattern en anglais (HR-SACP)) et de contrôler les conditions de canalisations nécessaire à l’ECCI. Ceci a permis d’améliorer considérablement la précision de l’ECCI (Accurate ECCI A-ECCI) et d’élargir son domaine d’application aux matériaux polycristallins à grains fins. Dans un deuxième temps, l’A-ECCI assistée par HR-SACP a été utilisé pour caractériser des défauts cristallins (dislocations, sous joint de grain, domaine d’ordre) dans des matériaux massifs polycristallins (Acier IF, UO2, TiAl). Des procédures similaires à celles utilisées dans la microscopie électronique en transmission (MET) sont alors appliquées en s’affranchissant de la préparation fastidieuse de lames minces et en profitant des autres avantages du MEB / Electron Channeling Contrast Imaging (ECCI) is a Scanning Electron Microscope (SEM) technique used to observe and characterize crystallographic defects. ECCI requires the crystal to be oriented relative to the electron beam with high accuracy (0.1°) in order to control the electron channeling conditions. The SEM techniques used to determine the crystallographic orientation, such as conventional Electron BackScattered Diffraction (EBSD) or Rocking Beam, don’t satisfy the high accuracy required for ECCI. Therefore, the characterization of crystallographic defects by ECCI is used only in single crystals or polycristals with large grains and channeling conditions are not always satisfied. In this thesis, a development of a new Rocking Beam mode in SEM is presented. It allows the collection of High spatial (500nm) and angular (0.04°) Resolution Selected Area Channeling Pattern (HR-SACP) and the control of channeling conditions required for ECCI with high accuracy (Accurate ECCI A-ECCI). In a second phase of this thesis, A-ECCI assisted by HR-SACP is used to characterize crystallographic defects like dislocation, sub-grains and order domains in fine grained bulk materials (IF-Steel, UO2, TiAl). In order to achieve this, several procedures (invisibility criteria) normally used in Transmission Electron Microscopy are applied. Using A-ECCI in SEM has many advantages over TEM such as the possibility of analyzing large areas and the relative easiness in sample preparation

Les aciers bainitiques sont utilisés industriellement pour leur bon compromis entre résistance, ductilité et ténacité. Cependant, après obtention de sa microstructure d'emploi, l’acier peut subir des maintiens additionnels en température (soit en fin de fabrication et/ou lors de son utilisation), susceptibles de dégrader ses propriétés. Ces travaux de thèse cherchent à comprendre les origines microstructurales de cette dégradation. Pour ce faire, des traitements thermiques contrôlés ont été appliqués à des aciers de nuances modèles FeNiC et FeNiMnC. Une première série de traitements a permis de fabriquer des microstructures bainitiques supérieure, inférieure, martensitique et mixtes. Ces produits de transformation bruts ont été caractérisés et analysés en détail, en particulier par EBSD en résolution angulaire améliorée. Les données ont été exploitées pour reconstruire les ex-grains austénitiques et distinguer les différents produits de transformation par l'organisation spatiale de leurs variants cristallographiques. Une deuxième série de traitements a consisté à soumettre ces microstructures à des maintiens isothermes prolongés. Nous avons montré que ces microstructures bainitiques en lattes ne sont pas stables dans certaines conditions ultérieures de maintien isotherme. Dans les cas les plus sévères, nous avons observé un processus de « granularisation » de la microstructure en lattes avec disparition des variants fortement désorientés et une maturation des carbures. Ces phénomènes sont observés sur nos alliages modèles y compris sur des temps courts (<1h) à basses températures (300°C). Ces évolutions ainsi que leurs cinétiques ont été investiguées à différentes échelles en couplant des observations en MEB, EBSD, MET et aussi in situ par DRX Haute Energie sur grands instruments. La composition chimique et la microstructure initiale affectent sensiblement les cinétiques. Mais nous avons surtout pointé le rôle majeur de la présence (même résiduelle) de bainite dite supérieure dans la microstructure initiale pour amorcer le processus de granularisation, indépendamment de la température de dénaturation. L’ensemble des résultats permet de discuter les possibles mécanismes sous-jacents et leurs forces motrices et ouvre une discussion plus large sur la classification des bainites / Bainitic steels are widely used in industry thanks to their good combinations of strength, toughness and ductility. Meanwhile, after obtaining the targeted microstructure, the steel can undergo additional isothermal holdings (either during manufacturing and/or during usage) prone to degrade its properties. The thesis work aims at understanding the microstructural origins of this degradation. To achieve this, we applied controlled heat treatments on model FeNiC and FeNiMnC steel grades. A first set of heat treatments allowed us to obtain different microstructures; upper and lower bainites, martensite and mixed concepts. These transformation products were characterized and analyzed in detail, particularly by EBSD with improved angular resolution. Data was operated to reconstruct prior austenitic grains and to distinguish the different transformation products according to their crystallographic variant spatial organization. A second set of heat treatments consisted in aging these microstructures by extended isothermal holdings. We show that lath-like bainitic microstructures are not stable under certain isothermal conditions. In the most advanced cases, we observed a « granularization » process of the lath microstructure, associated with high misoriented variant disappearance and carbides ripening. These phenomena were observed for the studied model alloys, even within short holding times (<1h) and at low temperatures (300°C). These highlighted evolutions as well as their kinetics were investigated at different scales, coupling SEM observations, EBSD, TEM and in situ XRD High Energy on large instruments. The initial microstructure and the steel chemical composition affect significantly the « granularization » kinetics. But we have above all put the light on the major role of the presence of an upper bainite fraction (even a residual one) in the initial microstructure, to start the granularization phenomenon, independently of aging temperature. All of these results allow discussing possible mechanisms with their respective driving forces and opening larger discussion about bainite classification

Le présent travail s'appuie sur une approche expérimentale étendue visant l'identification des mécanismes d'endommagement en chargement quasi-statique et en fatigue du PA66/GF30, en prenant notamment en compte l'influence de la teneur en eau et de la microstructure induite par le moulage par injection. Les essais et les observations in situ au MEB mettent en exergue le rôle déterminant de l'humidité relative sur l'initiation, le niveau et la chronologie de l'endommagement. Une analyse par micro-tomographie aux rayons X sur des échantillons ayant subi un chargement de fatigue montre que l'endommagement augmente continuellement et progressivement au cours de la fatigue, et plus significativement dans la deuxième moitié de sa durée de vie. Les résultats obtenus en quasi-statique et en fatigue révèlent des mécanismes d'endommagement similaires, notamment une décohésion des interfaces fibre/matrice. Une chronologie générale de l'endommagement est établie. Celui-ci s'initie en extrémités de fibres ou plus globalement là où les fibres sont relativement proches les unes des autres. Il s'ensuit des décohésions interfaciales se propageant le long des fibres. A une contrainte en flexion plus élevée, des microfissures de la matrice peuvent apparaître et se propager par coalescence, ce qui aboutira à la rupture. Ces résultats expérimentaux permettent d'alimenter une modélisation multi-échelles de l'endommagement à fort contenu physique. Celle-ci contribuera alors à une prédiction pertinente de l'endommagement dans les thermoplastiques renforcés pour application automobile. / The current work focuses on extensive experimental approaches to identify quasi-static and fatigue damage behavior of PA66/GF30 considering various effects such as relative humidity and injection process induced microstructure. By using in situ SEM tests, it was observed that relative humidity conditions strongly impact the damage mechanisms in terms of their initiation, level and chronology. The X-ray micro-tomography analysis on fatigue loaded samples demonstrated that the damage continuously increases during fatigue loading, but the evolution occurs more significantly in the second half of the fatigue life. From the results of damage investigation under quasi-static and fatigue loading, it was established that both loading types exhibit the same damage mechanisms, with fiber/matrix interfacial debonding as the principal damage mechanisms. General damage chronologies were proposed as the damage initiates at fiber ends and more generally at locations where fibers are relatively close to each other due to the generation of local stress concentrations. Afterwards, interfacial decohesions further propagate along the fiber/matrix interface. At high relative flexural stress, matrix microcracks can develop and propagate, leading to the damage accumulation and then the final failure. The experimental findings are important to provide a physically based damage mechanisms scenarios that can be integrated into multiscale damage models. These models will contribute towards reliable predictions of damage in reinforced thermoplastics for lightweight automotive applications.