Au cours de leur mise en forme, les alliages de titane destinés à la fabrication de pièces tournantes pour moteurs d'avions suivent un schéma thermomécanique complexe constitué généralement de plusieurs opérations de forgeage. L'étape de forgeage dans le domaine monophasé β joue un rôle important, car elle conditionne la transformation de phases qui s'opère au cours du refroidissement ou du traitement thermique consécutif dans le domaine biphasé α-β, et donc les propriétés mécaniques finales de la pièce. La maîtrise de l'évolution de la microstructure et de la texture cristallographique au cours du forgeage dans le domaine β est donc indispensable pour optimiser l'ensemble du procédé de mise en forme. Pour cela, il est important de bien comprendre les mécanismes de recristallisation dynamique (continue et géométrique) se produisant dans ce type de matériau.Dans cette étude, les effets de la température, de la déformation et de la vitesse de déformation ont été étudiés au moyen d'essais de compression uniaxiale et de torsion à chaud. Les microstructures et textures de déformation ont été caractérisées par diffraction des électrons rétrodiffusés (EBSD). Ces approches expérimentales sont associées à un travail de modélisation, pour lequel le schéma de recristallisation dynamique "continue" (ou CDRX), consistant en une fragmentation progressive des grains β initiaux par la formation de nouveaux joints de grains, a été adapté à partir d'études antérieures. Les paramètres caractérisant les mécanismes élémentaires de la CDRX (écrouissage, restauration dynamique, migration des joints) ont été déterminés par ajustement sur les données expérimentales.Ces travaux ont pour objectif l'élaboration d'un post-processeur métallurgique dédié au forgeage des alliages de titane en phase β.

Par sa spécificité à observer et questionner le monde dans ses aspects à la fois physique, esthétique, symbolique et culturel, le design retient aujourd'hui l'intérêt du génie industriel pour sa contribution indispensable aux nouvelles innovations. La présente recherche établit un lien entre le design et l'innovation dans le domaine des matériaux. Elle a été conduite dans le cadre du projet de développement industriel d'une gamme d'objets réalisés à partir d'un béton aux performances innovantes, l'Ultrabéton®. Le projet a initié le constat d'un manque d'identité inhérent aux matériaux émergents issus des dernières avancées technologiques. Comment pallier ce manque ? Quel peut être le rôle et l'impact de la conception et du design sur l'identité d'un matériau ? Nous définissons l'identité d'un matériau comme l'ensemble de ce qui le caractérise, à la fois sur le plan matériel et immatériel, à la fois sa 'plastique', son apparence, et son 'récit', ses significations symboliques et culturelles. Les phases d'élaboration du matériau et surtout de sa mise en forme en objet sont identifiées comme autant d'actions de conception motrices d'une expansion possible de l'identité d'un matériau. L'analyse a posteriori de plusieurs cas de conception sélectionnés parmi les différents projets de design réalisés au cours de notre recherche et complémentaires au cas de l'Ultrabéton®, nous permet de valider un modèle d'expansion de l'identité d'un matériau par la conception d'objets. Cette proposition théorique doit aider à de possibles expansions d'identités de matériaux et à avancer ainsi vers une 'humanisation' des innovations dans le domaine des matériaux.

Ce travail de thèse se situait dans le cadre de la modélisation numérique par éléments finis du procédé de forgeage à chaud des métaux. Il avait pour but de progresser sur deux verrous dans le cadre de la modélisation numérique 3-D des procédés de forgeage : o des problèmes de précision sur la surface de contact entre la pièce et l'outil o un temps de calcul élevé. Dans la première partie, le problème du contact unilatéral a été étudié. En partant de la méthode de pénalisation existant, l'algorithme de contact a été amélioré par la mise en place d'un algorithme implicite. Ces développements ont été validés sur plusieurs cas de forgeage où l'on montre l'apport du nouvel algorithme en terme de précision de gestion de la surface entre la pièce et l'outil. Dans la seconde partie, on a traité du problème de temps de calcul. Malgré la mise en place d'une méthode de calcul parallèle les délais de calcul pour une simulation tridimensionnelle restaient très élevés. Nos travaux ont donc consisté à remplacer le solveur de type résidu minimal implémenté dans Forge 3 par une méthode asymptotiquement optimale basée sur l'utilisation de multigrilles. Nous avons développé une méthode originale utilisant la méthode de résidu minimal comme lisseur et une méthode de raffinement de maillage pour la construction des différents niveaux. Nous avons optimisé cet algorithme en introduisant en particulier un préconditionneur utilisant une factorisation de Crout incomplète pour les résolutions grille grossière. Les résultats obtenus en bigrille sur différents cas de forgeage sont excellents et les quelques résultats sur un calcul avec trois niveaux de maillage sont très encourageants.

Dans l'optique de préparer des vitrimères à partir des thermoplastiques communément utilisés, tels le PMMA et le PS, des réactions d'échange dynamiques reposant les liens imine et esters boroniques ont été étudiées. Des paramètres importants comme la constante de dissociation de certaines molécules, la constante de vitesse et l'énergie d'activation ont été mesurées. Des monomères porteurs de liaisons échangeables ont été synthétisés et polymérisés. Des vitrimères, avec des liaisons C-C dans la chaine principale, ont été créés par différentes stratégies (PMMA et PS). Ces matériaux sont réticulés et insolubles avec un plateau caoutchouteux mais également façonnables et recyclables par moulage par compression ou par injection. Ces vitrimères peuvent relaxer les contraintes et couler à une température supérieure à celle de leur transition vitreuse. Des viscosités de 105-107 Pa.s ont été estimées pour les vitrimères PMMA reposant sur la chimie des esters boroniques. Des tests de traction montrent que leurs propriétés mécaniques de ces matériaux ne subissent pas de baisse significative après plusieurs cycles de recyclage par moulage par injection. Même après plusieurs cycles de moulage, les vitrimères basés sur la chimie des esters boroniques peuvent être complètement dé-réticulés, signe de leur stabilité à haute température lors du moulage. Ces vitrimères ont une résistance supérieure dans les conditions "d'environmental stress cracking" comme des réseaux polymères conventionnels. / With the aim to generate vitrimers from commonly used thermoplastics with carbon-carbon based backbones, such as PMMA and PS, dynamic covalent exchange reactions relying on Schiff’s bases and boronic esters were investigated. Two different approaches, i.e. crosslinking in solution or in extrusion, were used. These materials are processable via extrusion, compression and injection molding like their thermoplastic counterparts. The crosslinked nature of these systems was confirmed by solubility tests and DMA. Rheological measurements revealed the vitrimers ability to flow and viscosities between 105-107 Pa.s for boronic ester based PMMA vitrimers were measured. Consecutive tensile testing/reprocessing sequences proved the full recyclability of these vitrimers, and selective cleavage of the vitrimer networks followed by precise chemical analyses showed the thermal and chemical stabilities of vitrimers relying on boronic ester bonds. The stress cracking resistance of these vitrimers was significantly higher than that of parent thermoplastics, as can be expected for crosslinked systems.

Cette thèse présente un banc d’écriture de réseaux de diffraction de grande surface dont la période peut varier de 100 nm à plusieurs micromètres. Le principe est basé sur l’écriture au vol qui permet d’écrire des longs réseaux en balayant continûment un substrat recouvert de résine photosensible sous un interférogramme de petite dimension créé par un masque de phase. Deux types de masques ont été fabriqués. Le premier, pouvant être décrit comme un interféromètre de type Mach-Zehnder monolithique, présente l’intérêt d’écrire des réseaux de grandes périodes sans limite supérieure. Il est composé de trois réseaux de diffraction, écrits sur la même face d’un substrat épais grâce à destechniques standards de lithographie (e-beam, gravure RIE) accessibles lors d’un échange à l’UEF àJoensuu. A la longueur d’onde 442 nm, ce masque a permis d’écrire un réseau de période de 2 µmde grande dimension à l’aide d’une nappe de lumière divergente. Le second type de masque est monolithique en matériau haut indice. Il est utilisé en immersion à la longueur d’onde de 244 nm; des réseaux de période de 100 nm ont été écrits. La structure capable de supprimer l’ordre zéro transmis a été modélisée et les masques ont été fabriqués par trois partenaires européens du réseau d’excellence NEMO. La gravure du LuAG a également été étudiée en vue de fabriquer un masque de phase pour la longueur d’onde 193 nm. Afin d’écrire des réseaux larges et homogènes, une étude des différentes techniques d’élargissement de faisceau a été réalisée en vue de disposer d’une ligne de lumière avec un profil d’intensité homogène dit « top-hat », et une méthode de fabrication d’un long masque de phase a été développée / This PhD thesis presents a bench capable to write highly coherent diffraction gratings on a large area (potentially one square meter) with periods varying from 100 nm to several micrometers. The strategy is based on the “write on the fly” method, which allows writing long and stitchingless gratings by scanning a photoresist-coated substrate under a small area interferogram generated by a phase mask. The main object of this thesis concerns the design of the phase-mask. Two different types have been developed. The first type can be described as a monolithic Mach-Zehnder interferometer comprising three diffraction gratings at the same side of a thick fused silica substrate. This approach has the advantage of writing large periods without any upper limitation. Standard lithography techniques (e-beam, RIE) have been used to fabricate the mask during a two months stay at UEF at Joensuu. At the wavelength of 442 nm, a large 2 µm period grating has been made with exposure by a divergent beam. The second type of mask is binary and made in a layer of high refractive index material. It has been used at the 244 nm wavelength and under immersion to write a 100 nm period grating. The modeling was performed to find the optimal structure capable of suppressing the zeroth transmitted order. The masks were made by three European partners within the Network of Excellence NEMO. The etching of LuAG has also been studied in view of making a 193 nm phase-mask. To write large and homogeneous gratings, various methods of beam expansion were compared to generate a light line with a homogeneous intensity profile (top-hat). Solutions for the fabrication of long phase-masks have also been demonstrated

Le but de cette étude était de simuler par éléments finis la mise en forme à froid à et à chaud d'alliages de titane. Les alliages de titane ont une microstructure et un comportement complexes qui évoluent en fonction de la température, de la déformation, mais aussi de la vitesse de déformation, il est donc difficile de déterminer une loi de comportement fiable sur une large plage de sollicitations. Le choix d'une loi de comportement macroscopique élasto-viscoplastique thermodépendante est donc nécessaire pour représenter le procédé de formage à chaud dans une plage de température pertinente. Différentes lois de comportement répondaient aux besoins du projet, mais la loi de comportement d’Adinel Gavrus est la plus appropriée. Les résultats ont mis en évidence le fait que les alliages de titane TA6V et Ti6242 sont anisotropes à haute température et que l’anisotropie à chaud du TA6V et du Ti6242 peut être représentée à l’aide du critère de plasticité Hill48. Afin de déterminer le comportement mais aussi l’anisotropie du matériau, l’éprouvette doit être visible lors des essais de traction afin d’utiliser la corrélation d’image pour obtenir les champs de déformation locaux et ainsi obtenir l’évolution des coefficients d’anisotropie au cours de l’essai. Le procédé de chauffage par effet joule a été utilisé, la machine de traction a exigé de multiples modifications afin d’être isolée électriquement. Le chauffage par effet joule est finalement une solution efficace pour effectuer des essais de tractions à chaud tout en visualisant l’éprouvette. L’analyse inverse a permis d’utiliser les données d’entrée des essais de traction afin d’identifier les différents paramètres de la loi de comportement développée par Adinel Gavrus. D’autre part, la corrélation d’image couplée aux essais de traction a permis l’obtention des valeurs du critère d’anisotropie plastique de Hill48. La mesure des coefficients d’anisotropie a mis en exergue le fait que le critère de Hill48 était pertinent pour la modélisation du TA6V ainsi que du Ti6242 à haute température. La mise en forme du godet à fond plat ainsi que des pièces industrielles a permis d’avoir des cas concrets de mise en forme ainsi que d’identifier les problèmes récurrents dans la mise en forme de produits minces à chaud comme à froid. La modélisation de ces différents essais a été réalisée sous le logiciel FORGE®, la corrélation d’image 3D a pu être utilisée sur le cas de l’emboutissage à froid de godet à fond plat afin de comparer les valeurs de déformation. Néanmoins la corrélation d’image 3D n’est pas utilisable sur les cas d’emboutissage à chaud. Il a donc fallu utiliser un autre observable. Nous avons choisi pour cela la distribution d’épaisseur le long de différents profils de chaque pièce. Les résultats obtenus sont très positifs mettant en avant la pertinence de la simulation numérique. Nous avons ensuite étudié l’optimisation des processus de formage suivant différents angles. L’optimisation manuelle de la géométrie fut pertinente, à l’aide d’une modification simple de la géométrie initiale du flan, le procédé de formage a pu être réalisé en une passe au lieu de deux. L’analyse de sensibilité des paramètres de la loi de comportement a permis de mettre en avant l’importance des coefficients de la loi de comportement en plus de leurs impacts sur l’épaisseur minimale lors d’un essai d’emboutissage. La corrélation entre essai de traction et épaisseur minimale sur l’essai d’emboutissage n’a pas donné les résultats escomptés, les données d’entrée utilisées suite aux essais de traction n’étaient certainement pas suffisantes pour être corrélées à l’épaisseur minimale obtenue au cours d’un essai d’emboutissage. Enfin l’étude de la covariance des paramètres des lois de comportement a permis d’étudier en profondeur les surfaces de réponses issues de l’analyse inverse tout en mettant en évidence les impacts des minimums locaux et globaux lors de la minimisation de la fonction coût. / The purpose of this study was to simulate by finite element cold and hot forming in titanium alloys. Titanium alloys have a complex microstructure and behavior that change depending on the temperature, deformation, but also the strain rate, so it is difficult to determine a behavior law reliable over a wide range of loads. The choice of a macroscopic elastic-viscoplastic temperature dependent behavior law is necessary to represent the hot-forming process in a relevant temperature range. Different behavior laws met the needs of the project, but Adinel Gavrus behavior law is the most appropriate. The results showed that the titanium alloy Ti6Al4V and Ti6242 are anisotropic at high temperature and that the plasticity of Ti6Al4V and Ti6242 can be represented using the Hill48 yield criterion. To determine the behavior but also the anisotropy of the material, the specimen must be visible during tensile tests in order to use the image correlation in order to obtain local deformation fields and thus to obtain the evolution of the coefficients of anisotropy during the test. The method of heating by the Joule effect has been used, the traction machine required multiple modifications to be electrically insulated. The heating by the Joule effect is finally an effective solution for making hot tensile test while viewing the specimen. The inverse analysis allowed using the tensile test input data to identify the different parameters of the constitutive law developed by Adinel Gavrus. On the other hand, the image correlation coupled with tensile tests allowed obtaining the values of plastic anisotropy of specific Hill48. The measurement of anisotropy coefficients highlighted the fact that the test was relevant to Hill48 modeling Ti6Al4V and to the Ti6242 at high temperature. The forming of cup and industrial parts allowed having concrete cases of forming and identifying recurring problems in the hot or cold forming of thin products. Modeling these tests was carried out on the Forge® software, the 3D image correlation have been used to compare values with the case of cup drawing with cold deformation. Nevertheless the 3D image correlation was not used on the case of hot stamping. It was therefore necessary to use a different observable. We chose the thickness distribution along different profiles of each piece. The results are very positive, highlighting the relevance of numerical simulation. Then we studied the optimization of the following forming process different angles. The manual optimization of the geometry was relevant, with a simple modification of the initial geometry of the blank, the forming process could be achieved in one pass instead of two. The sensitivity analysis of the parameters of the constitutive law has helped to highlight the importance of the coefficients of the constitutive law in addition to their impact on the minimum thickness at a drawing test. The correlation between tensile test and minimum thickness on the test stamping has not yielded the expected results, the input data used following the tensile tests were certainly not sufficient to be correlated to the minimum thickness obtained during a drawing test. Finally the study of the behavior laws of covariance parameters allowed to study in depth the surface response resulting from the inverse analysis while highlighting the impacts of local and global minima during the minimization of the cost function.

L’objet de cette thèse est l’étude d’un nouveau procédé de fabrication d’agromatériaux : le moulage par thermocompression uniaxiale haute pression de matières végétales, sans prétraitement et sans ajout de liant. Le premier chapitre dresse l’état de l’art des matériaux lignocellulosiques « auto-liés », tels que définis dans le domaine des panneaux de fibres. Sont étudiés : l’influence des conditions opératoires pour servir de référence malgré une pression de moulage inférieure à celle envisagée dans notre étude, l’influence du type de biomasse, l’utilisation d’un prétraitement à la vapeur et les modifications subies par les fibres lors du pressage. Des données de domaines scientifiques proches sont confrontées afin de discuter des possibles mécanismes de cohésion. Une courte partie technologique décrit le procédé et son évolution au cours des étapes de prototypage réalisées pendant ces travaux. Certaines limites sont relevées et notamment l’influence majeure de la maîtrise technique sur le champ expérimental et les résultats. La cellulose est d’abord étudiée comme polymère modèle. Une méthode est développée afin d’évaluer l’effet des conditions opératoires sur les propriétés mécaniques des matériaux compressés. La pression a un effet limité au-delà de 100 MPa, le temps de moulage n’a pas d’effet significatif (peut être réduit à 3 s) et une certaine humidité est favorable. La température est le paramètre le plus impactant. Les propriétés mécaniques, la densité et une faible reprise en eau des éprouvettes lui sont corrélées de même que la nette diminution de l’espace interparticulaire en surface. Avec un taux d’hydratation de 8% et à 200°C, l’accumulation de vapeur dans les couches internes du matériau entraîne une délamination. Le couple humidité / température (0-8% et 175-250°C) est alors étudié et au-delà de 225°C, l’effet de la délamination s’estompe. Les meilleures propriétés mécaniques sont obtenues à 2% et 250°C : 31 / 70 MPa de contrainte à la rupture en traction / flexion respectivement et 2 et 8 GPa de module correspondants. La relation structure / propriété est discutée au regard des données obtenues. L’eau joue un rôle central et contradictoire car elle plastifie la cellulose et augmente la conductivité thermique dans un sens mais à contrario l’eau en excès s’accumule au centre du matériau, inhibe la cohésion et provoque la délamination. L’additivation de corps gras à la cellulose lors de la compression augmente la résistance à l’eau des éprouvettes : 5% d’acide stéarique et de stéarate de magnésium augmentent la durée de pénétration d’une goutte d’eau dans le matériau ainsi que son angle de contact en surface. La possibilité d’effectuer le greffage de l’acide octanoïque (et son équivalent anhydride) lors du moulage est étudiée et confirmée par analyse CPG avec un DS maximum de 3,9.10-2 pour l’acide et 4,8.10-2 pour l’anhydride. Des prétraitements (échange de solvant et homogénéisateur haute pression) sont indispensables afin d’améliorer le contact cellulose / greffons et pour parvenir à un taux de greffage significatif. Une corrélation est établie entre le taux de greffage et la diminution des propriétés en flexion des matériaux greffés. Le procédé est ensuite appliqué à un panel de matières végétales brutes (résidus de culture ou issus d’une transformation) dans l’optique d’établir un lien entre les propriétés physico-chimiques des matières végétales et les propriétés des matériaux issus de leur compression. Malgré une significativité statistique peu élevée et des propriétés plus faibles que celles obtenues avec la cellulose, le lien est établi entre des taux élevés de cellulose et de lignine, des faibles taux d’extractifs, d’hémicellulose, de cendres et de protéines et de meilleures propriétés mécaniques et de résistance à l’eau. En réponse aux limites de cette technique, un procédé alternatif de moulage par transfert est proposé dont les essais préliminaires confirment de nombreuses perspectives. / This thesis work objective is the study of a novel forming process for the production of agromaterials: a high-pressure uniaxial thermocompression process for the molding of natural lignocellulosic materials, without pretreatment or binders. The first chapter is the state-of-the-art of « self-bonded » lignocellulosic materials as defined in the domain of wood-based panels. It comprises the study of the effect of the operating conditions even though reported pressures are much lower than the intended pressure in our study: the influence of the biomass type, the use of steam pretreatment and the fibers modification during processing. Data from closely related scientific domains are compared in order to discuss about the possible mechanisms of cohesion. A short technological part describes the process and its evolution over the prototyping steps in this work. Some limits are reported in particular about the major influence of the technological capability on the exploratory field and on the results. At first, cellulose is chosen as a model polymer. A method is developed in order to study the influence of the operating conditions on the compacted materials’ mechanical properties. Pressure has a limited effect above 100 MPa, the molding time has no significant effect (it can be reduced to 3 seconds) and a minimum of moisture content is necessary. Temperature is the most impacting factor and is correlated with higher mechanical properties, higher density and lower moisture uptake of the specimens as well as to a significant decrease of interparticular space on the surface. At 8% moisture and 200°C, steam accumulates in the core of the material which leads to the delamination of the samples. The moisture / temperature couple (0-8% and 175-250°C) is thus specifically studied; above 225°C the effect of delamination is decreased. The best mechanical properties are obtained at 2% and 250°C: 31/70 MPa of stress at break in tensile/bending and 2 and 8 GPa for the corresponding moduli. The structure / property relationship is discussed thanks to the data obtained. Water has a key role yet contradictory because of its plasticizing effect and higher thermal conductivity in one hand, and the accumulation of steam which hinders the cohesion at the core and leads to delamination. The addition of fatty compounds to cellulose increases the water resistance of the specimens: 5% of stearic acid and magnesium stearate increased the water drop penetration time and its surface contact angle. The grafting of octanoïc acid (and its anhydride equivalent) during the molding process is studied and confirmed by CPG analysis with a maximum DS value of 3.9 10-2 for the acid and 4.8 10-2 for the anhydride. Pretreatments (solvent exchange and high pressure homogenizer) are necessary in order to increase the cellulose / grafts contact and to obtain a significant grafting yield. The grafting yield is correlated with a decrease of the bending properties of the grafted materials. The process is then applied to a variety of raw plant materials (crop residues or byproducts of a first processing) with the aim of establishing a link between the physico-chemical properties of the plant materials and the compacted materials’ mechanical properties. Despite a mediocre statistical significance and lower properties of the materials compared to cellulose, the link is confirmed between high cellulose and lignin contents, low extractives, hemicelluloses, ashes and protein contents and high mechanical properties and water resistance. In response to the limits of this technique, an alternative process of transfer molding is proposed, together with preliminary tests that confirm numerous prospects.

Avec les progrès de l'informatique, la quantité de données crée et échangée augmente exponentiellement. Le stockage de l'information doit évoluer pour être plus performant, et les matériaux actuels atteignent leur limite. Une évolution technologique est nécessaire. Une des réponses possibles se trouve dans les polymères de coordinations photo-commutables, dont la propriété de bi-stabilité permettrait d'obtenir des densités de stockage et des vitesses de lecture/écriture jamais atteintes. Afin d'utiliser ces matériaux, leur mise en forme, et particulièrement leur réduction en taille, est nécessaire, mais accomplir cette mise en forme sans affecter la propriété de commutation est ardu. Dans ce travail, nous proposons une mise en forme contrôlée à base de silice mésoporeuse pour obtenir des nanoparticules de composés de coordination possédant des propriétés intéressantes pour des applications. Spécifiquement, Ce travail a pour objectifs de (i) réduire en taille les composés fonctionnels, (ii) étudier la propriété à l'échelle du nanomètre, (iii) utiliser les possibilités de notre voie de synthèse pour comprendre l'effet de la mise en forme et (iv) aller vers de nouvelles propriétés causées par la mise en forme. Nous espérons ainsi poser une base solide pour l'étude de ces composés fonctionnels à l'échelle du nanomètre. / With the raise of information technology, the amount of data created and exchanged increases drastically. Information storage must evolve to be more and more efficient, but the current materials used are reaching their peak. A technological evolution is needed. One of the possible answers is found with the photo-switchable coordination polymers, which property would allow us to attain storage density as well as addressing times never seen before. In order to use these materials, their processing, and especially their size reduction, is the key. However, successfully processing these without impacting the switching property is not an easy task. In this work, we propose a perfectly controlled processing based on mesoporous silica for the synthesis of nanoparticles of potentially applicative coordination compounds. To be specific, our work intends to (i) reduce the size of functional compounds, (ii) study the property at the nanoscale, (iii) use the possibilities of our synthesis to understand the effect of processing on the property and (iv) obtain new properties, caused by the processing. We therefore hope to lay a solid basis for the nanoscale study of these functional compounds.

La thèse étudie les mécanismes de collage des alliages d’aluminium sur les outils lors de leur mise en forme. Dans un premier temps une méthodologie expérimentale utilisant le banc d’essai USTest proposée. Elle permet de travailler en laboratoire en respectant des conditions de contact proches de celles rencontrées en industries. Une campagne d’essais est réalisée, sollicitant le matériau sous diverses conditions de pression de contact, de vitesse de glissement et de lubrification. Les analyses métallurgiques et mécaniques de cette campagne permettent d’établir un lien entre les conditions de contact d’une part et le transfert de matière sur les outils d’autre part. Un mécanisme d’apparition du collage de l’aluminium sur les outils en forge à froid est proposé. Dans un second temps l’aptitude à prédire l’apparition du collage aux outils des alliages d’aluminium lors de leur mise en forme à froid de quatre modèles d’endommagement et de rupture usuels est étudiée. Un ensemble de simulations numériques est mené pour quantifier l’influence des conditions de contact rencontrées lors des essais UST sur l’état d’endommagement des éprouvettes au voisinage de leur surface. Les résultats montrent que le coefficient de frottement seul n’est pas suffisant pour rendre en compte de la sévérité du tribosystème et qu’une approche multiéchelle est nécessaire pour simuler l’effet de la rugosité des outils sur l’apparition des premiers transferts de matière. De nombreuses perspectives sont également présentées pour améliorer la compréhension des phénomènes de collage et la modélisation numérique de ces phénomènes. / The thesis investigates the mechanisms of galling of aluminum alloys on tools during cold forming. First, an experimental methodology using the test bench UST is proposed. It enables the simulation in the laboratory of the conditions of contact similar to those encountered in industries. A series of trials is performed, testing the material in various conditions of contact pressures, sliding speeds and of lubrication. A link between the contact conditions on the one hand and mass transfer on the other hand tools is established and a mechanism of occurrence of adhesion of aluminum on cold forging tools is proposed. In a second step four damage and failure models are presented and their abilities to predict the onset of galling of aluminum are discussed. A set of finite element simulations is performed and compared to experimental results in order to quantify the influence of contact conditions on evolution of damage encountered in the vicinity of the specimen surface. The results show that a single coefficient of friction is not sufficient to model the severity of the tribosystem. A multi-scale approach is then proposed to simulate the effect of the roughness of the tools on the first step of material transfer. Many prospects are also presented to improve the understanding of the phenomena of bonding and numerical modeling of these phenomena.

Ce travail se place dans le cadre du traitement-recyclage des combustibles usés pour des réacteurs nucléaires de Génération IV. Ce travail s’est focalisé sur l’étape de mise en forme du combustible en étudiant plus spécifiquement les potentialités du procédé de coulage-gélification. Cette étude a porté dans un premier temps sur un simulant non radioactif de l’oxyde mixte (U,Pu)O2, à savoir l’oxyde de cérium CeO2. Des formulations de suspensions ont été identifiés permettant leur gélification dans des moules non poreux. Ce processus de gélification s’appuie sur des réactions de polymérisation. L’étude du comportement thermique des crus a permis de définir des traitements conduisant à l’élimination complète des auxiliaires organiques et à la densification quasi-complète des crus. L’optimisation du procédé de coulage-gélification a permis d’élaborer des céramiques de CeO2 de forme annulaire répondant au cahier des charges des futurs combustibles.L’ensemble du procédé de coulage-gélification a pu être transposé à une poudre d’oxyde mixte (U,Ce)O2 synthétisée par co-précipitation oxalique. Pour cela, les caractéristiques spécifiques de cette poudre ont été prises en compte et ont nécessité le recours à une étape de supplémentaire de désagglomération. / This work falls within the framework of the reprocessing-recycling of 4th Generation nuclear used fuels. This work was focused on nuclear fuel shaping process by studying more specifically the potential of gelcasting process. This study first examined a non-radioactive surrogate of mixed oxide (U,Pu)O2, namely the cerium oxide CeO2. Suspension formulations have been identified allowing gelation in non-porous molds. This gelling process is based on polymerization reactions. The study of green compacts thermal behavior has allowed to define treatments leading to the complete elimination of every organic auxiliaries and to the green compacts densification. Every step of the gelcasting process was optimized to elaborate annular shape CeO2 ceramics meeting the specification.The whole gelcasting process has been transposed to a mixed oxide (U,Ce)O2 powder synthesized by oxalic co-precipitation. To this end, powder characteristics have been taken in consideration and have required an additional deagglomeration step.