Le phénomène de fatigue par petits débattements est tributaire des conditions de contact où il se produit. Dépendamment de ces conditions, des contraintes ainsi que des microglissements prennent forme. Dans le cas du contact entre le berceau d'une pince de suspension et un fil de conducteur électrique, la fatigue par petits débattements est observable près du dernier point de contact (DPC) entre les deux corps. Une étude en deux parties des conditions de contact en cette zone a eu lieu. En premier lieu, des mesures de déformations ont été prises sur les fils les plus susceptibles de rupturer lors d'essais de fatigue. Deux conducteurs ont été étudiés: un ACSR Drake et un ACSR Bersfort. Ces mesures ont permis de connaître la nature des efforts agissant sur ces fils. Lors du chargement statique, des déformations plastiques sont observables à une tension équivalente à 30\% de la résistance maximale en tension. Le mode de déformation le plus important près du DPC est par flexion binormale, quoique les déformations en traction soient aussi importantes. Lors d'un essai de fatigue, le chargement alterné découlant de la vibration du conducteur est principalement ressenti par un fil comme étant une traction alternée. Suite à cette constatation, un modèle par éléments finis n'impliquant qu'un chargement en traction (outre l'application d'une force de contact reproduisant le serrage du chapeau de la pince de suspension) a été développé. La technique de l'analyse globale locale a été utilisée afin de rendre plus efficace la modélisation 3D du problème. Des simulations en domaine élastique et élastoplastique ont permis de déduire les conditions de contact existant entre un fil de conducteur et le berceau d'une pince de suspension, avec un intérêt particulier pour les microglissements. Les microglissements jouent un rôle important dans le processus de fatigue par petits débattements. Il est donc important d'obtenir un ordre de grandeur de leur amplitude. Il a été observé que les microglissements maximaux pour le cas d'un contact entre un fil et le berceau d'une pince de suspension seraient inférieurs ou du même ordre de grandeur que ceux obtenus dans le cas du contact entre deux spheres. Ce dernier modèle peut donner une évaluation raisonnable des microglissements permettant de développer un indicateur de fatigue tenant compte de la mécanique du contact. Les microglissements et les contraintes de contact obtenus numériquement peuvent servir à calculer divers indicateurs de fatigue. Le critère de Ruiz et Chen est utilisé afin d'illustrer le fait.

L'objectif de la première partie de cette recherche est de mettre en relief les lois statistiques qui s'adaptent à la rupture par fatigue des canalisations de transport de gaz en polyéthylène. Les résultats indiquent qu'il est recommandé d'utiliser la distribution de Weibull à deux paramètres pour l'évaluation de la fiabilité de ces canalisations pour la phase conception vu leur l'aspect conservateur. La seconde partie est une nouvelle contribution pour l'analyse des résultats de fissuration par fatigue dans ces tubes en termes de paramètres énergétiques basés sur le travail irréversible et la vitesse de propagation. La transition de fragile à ductile est ainsi décrite par des énergies critiques obtenues pour différentes charges de fatigue. Enfin, la fiabilité et l'optimisation de la maintenance des pipes en polyéthylène sont approchées par l'étude de l'effet de la température et de la pression sur la probabilité de défaillance. Il en ressort que l'effet des incertitudes relatives à la température et au modèle de durée de vie est plus important que les fluctuations de la pression du gaz et la géométrie, alors que le remplacement groupé des tronçons usés est bien justifié à partir de la vie de service et des coûts correspondants

La prise en compte des effets d'un environnement actif, tel que le milieu eau primaire REP (Réacteur à Eau Pressurisée), sur la durée de vie en fatigue des composants de réacteurs, est aujourd'hui exigée par certaines autorités de sûreté pour la conception et pour la prolongation de licences d'exploitation des centrales nucléaires. Dans ce contexte, ce travail a eu pour objectif, la compréhension des cinétiques et des mécanismes d'endommagement en fatigue oligocyclique de l'acier inoxydable austénitique 304L utilisé notamment, pour la fabrication de tuyauteries de refroidissement du circuit primaire des centrales REP. Différents paramètres d'essai (température, vitesse et amplitude de déformation) ont été testés dans l'air ainsi qu'en milieu eau REP. Par le biais d'essais conduits également sous vide secondaire, l'influence intrinsèque de ces paramètres ainsi que les effets des environnements air et eau REP, sur le comportement et sur la durée de vie en fatigue, ont été étudiés. Il ressort de ce travail expérimental que l'air est un milieu actif qui entraîne par rapport au vide, une chute importante de la durée de vie en fatigue de l'acier 304L, notamment à 300°C et faible amplitude de déformation. Le milieu eau REP est plus actif encore et entraîne par rapport à l'air, une accélération des cinétiques d'endommagement, sans modifications de la nature des sites d'amorçage ou des modes de propagation des fissures. De plus, la chute de la durée de vie en milieu primaire, est essentiellement attribuée à l'accélération de la phase d'amorçage et de la phase de micropropagation (croissance des fissures courtes), plus qu'à l'augmentation des vitesses de propagation des fissures longues. Enfin, l'influence néfaste d'une diminution de la vitesse de déformation sur la durée de vie en milieu eau primaire REP a aussi été constatée dans l'air mais également sous vide, en l'absence d'effets d'environnement. Cet effet intrinsèque de la vitesse de déformation est attribué au phénomène de vieillissement dynamique qui provoque des changements de mécanismes de déformation ainsi qu'une accélération de l'endommagement.

Cette thèse s'inscrit dans le cadre général de l'étude de la tolérance au dommage des alliages légers utilisés dans l'industrie aéronautique. Le thème de recherche porte plus particulièrement sur la résistance à la fissuration par fatigue d'alliages d'aluminium au lithium de troisième génération, le but essentiel étant de dégager les paramètres microstructuraux pertinents pour optimiser la résistance à la fissuration. Dans ce contexte trois nuances d'alliages Al-Cu-Li 2050-T84, 2198-T851 et 2196-T851 ont été considérées, qui jouent principalement sur les teneurs respectives en lithium et en cuivre. Sur la base d'essais de propagation à l'air et sous vide, d'observations en microscopie électronique à balayage et d'analyses EBSD, il est montré que la résistance à la propagation est fortement déterminée par les mécanismes de glissement des dislocations mis en jeu en pointe de fissure. Il ressort notamment qu'une localisation de la déformation favorisée par les précipitations spécifiques à ces alliages existant dans ces structures sous revenues, privilégie, dans le domaine des vitesses inférieures à 10-7 m/cycle, le développement d'un mode de fissuration transgranulaire à caractère cristallographique, ayant un double effet : une résistance à la fissuration accentuée en l'absence d'assistance de l'environnement (vide ou exposition réduite à la vapeur d'eau) conduisant à des seuils élevés, ou bien une accélération de la fissuration près du seuil avec une forte réduction du seuil sous atmosphère ambiante, attribuée à une assistance de l'hydrogène dans ces trois alliages à addition de lithium; ce dernier mécanisme intervient de façon très similaire dans les alliages type Al-Zn-Mg, mais n'intervient pas dans les alliages type Al-Cu-Mg. Une modélisation intégrant les différents mécanismes de fissuration en fonction du couple environnement-microstructure et en tenant compte des interactions entre la fermeture et les effets d'environnement est proposée pour décrire une loi effective, c'est-à-dire la relation entre la vitesse de propagation da/dN et l'amplitude effective du facteur d'intensité de contrainte DKeff. Une modélisation 2D de la fermeture induite par plasticité ouvre une piste pour une simulation quantitative de l'influence de ce facteur dans le domaine des vitesses intermédiaires. L'intégration de la loi effective dans un modèle industriel de prédiction des durées de vie dans des structures aéronautiques est également abordée.

Le comportement en fatigue multiaxiale des polymères semi-cristallins non-renforcés est un sujet relativement peu abordé, en particulier du point de vue de la fatigue à grand nombre de cycles et de la formulation de critères d'endurance. Cette étude sur le polyéthylène haute densité avait deux objectifs : (i) caractériser la tenue en fatigue multiaxiale et formuler un critère d'endurance et (ii) comprendre les facteurs d'influence du comportement cyclé pour tenter d'identifier le(s) grandeur(s) critique(s) ou cumul(s) de grandeur(s) qui amènent à la fin de vie de l'éprouvette. Des essais de fatigue multiaxiaux (traction, torsion, compression) ont été réalisés sur des éprouvettes tubulaires minces en PEHD, avec une fréquence constante, une forme d'onde triangulaire et différents rapports de charge R (0, -1 et -\infty). L'auto-échauffement de l'éprouvette a été réduit au minimum par la conception d'une enceinte thermique et les résultats ont été interprétés dans un cadre d'hypothèse isotherme pour la construction du critère. Un critère de fin de vie a été défini préalablement puisque la fin de vie de l'éprouvette intervient par une localisation macroscopique de la déformation. Il est basé sur la détection du début de l'adoucissement observé sur la cinétique de la déformation maximale. Ce critère est applicable à l'ensemble des conditions de sollicitation explorées, c'est-à-dire pour les trois trajets de chargement et les deux rapports de charge. Sur la base de ce critère de fin de vie, des courbes S-N ont pu être construites et un critère de fatigue a été proposé pour décrire le comportement en fatigue multiaxiale. Ce critère est construit en combinant les valeurs moyennes et maximales du deuxième invariant de la partie déviatorique du tenseur des contraintes. Il a été confronté à d'autres critères usuels, en contraintes principales notamment. Le critère proposé semble garder sa pertinence en l'appliquant sur un autre thermoplastique (Polypropylène), mais sa validité doit être confortée pour d'autres situations de chargement (essais combinés, rapports de charge plus élevés, autre gamme de fréquence, autres formes d'ondes...). Quelques aspects généraux ont été finalement discutés quant à la façon de caractériser la tenue en fatigue de ces matériaux : choix de la fréquence, analyse en vitesse de chargement, opportunité des méthodes accélérées d'auto-échauffement. Dans ce domaine de sollicitations, le second objectif était d'analyser les contributions viscoélastique, viscoplastique, d'endommagement sur l'évolution de la réponse cyclique conduisant à la fin de vie. Pour cela, les évolutions de température, de déformations, de forme des boucles d'hystérésis ont d'abord été examinées dans un cadre large (sollicitations multiaxiales, gamme de fréquences et de rapports de charge, conditions d'échanges thermiques). La dépendance en vitesse et les recouvrances menées après différents nombres de cycles indiquent qu'une part importante de la déformation générée au cours du cyclage est recouvrable, et font apparaître une contribution croissante mais mineure de la plasticité et/ou de l'endommagement au cours du cyclage. En conséquence, deux effets liés à la viscoélasticité ont été étudiés : le rôle du fluage sous l'effet de la contrainte moyenne et l'influence de l'histoire du chargement. Dans les conditions choisies, le cyclage a un effet accélérateur sur la déformation par rapport au fluage sous la même contrainte moyenne, mais l'histoire du chargement ne semble pas modifier notablement les mécanismes et en particulier la part de déformation plastique.

Les différentes normes mondiales, dont la norme CSA-S6-06, imposent des critères précis de résistance en fatigue pour diverses catégories d’assemblage. Une connexion soudée à angle avec support envers non répertoriée fait l’objet du présent projet. Un volet expérimental a mis à l’essai dix échantillons représentatifs du détail réel afin de construire des courbes S-N pour comparaison directe avec la norme CSA-S6-06. Un volet numérique a permis d’analyser les contraintes induites sur les échantillons et l'influence de certains paramètres physiques et géométriques. De façon conservatrice, les deux séries de fabrication sont de catégorie E, bien qu’il soit justifié d’utiliser une catégorie D pour les deux séries, respectant ainsi les critères de résistance en fatigue de la norme CSA-S6-06. La modélisation numérique confirme que les défauts de rectitude et aussi les contraintes résiduelles sont les paramètres influençant le plus la résistance en induisant des concentrations de contraintes très importantes.

L'irradiation d'un matériau métallique par une impulsion laser de forte puissance provoque la sublimation d'une fine couche de matière, transformée en plasma, dont la détente induit une onde de choc à l'intérieur de ce matériau. Dans certaines conditions, ce chargement peut conduire à la production de fragments, solides ou liquides, qui sont éjectés à des vitesses élevées, et sont alors susceptibles d'endommager l'environnement proche, notamment les équipements optiques (lentilles, miroirs, hublots, etc.). Avec l'avènement des installations laser de haute énergie destinées à réaliser la fusion thermonucléaire par confinemenet inertiel, comme le Laser MégaJoule en France ou le National Ignition Facility aux Etats-Unis, l'éjection des débris issus d'une cible métallique soumise à une irradiation laser intense est devenue un problème crucial. Ainsi, il est essentiel pour ces deux projets de comprendre les processus de fragmentation induits par choc laser, de caractériser les fragments produits et leurs propriétés balistiques, et de développer des modèles prédictifs afin de pouvoir prévoir les protections adéquates, de dimensionner les expériences, et préserver les installations laser. Les principaux processus de fragmentation qui peuvent survenir dans une cible soumise à un choc laser et générer des fragments à hautes vitesses sont : (i) l'éjection de jets micrométriques, ou microjetting, qui se produit lorsqu'une onde de compression intense débouche sur une surface libre rugueuse, (ii) l'écaillage, qui est dû à une traction dynamique induite par l'interaction entre des ondes de détente au sein de la cible, et (iii) la rupture par perforation, qui résulte d'un effet de poinçon dynamique dans une cible de faible épaisseur. Des campagnes expérimentales ont été menées sur les grandes installations laser du Centre d'Études Scientifiques et Techniques d'Aquitaine (CEA/CESTA) et du Laboratoire pour l'Utilisation des Lasers Intenses (LULI / École Polytechnique) pour caractériser ces processus et évaluer les influences des principaux paramètres expérimentaux. Ces expériences ont principalement porté sur deux matériaux : l'aluminium et l'or. Plusieurs diagnostics complémentaires ont été développés et utilisés au cours de ces campagnes : visualisation transverse ultra-rapide, mesures de vitesses résolues en temps par interférométrie, récupération des éjectas dans des collecteurs de faible densité, analyse de ces éjectas par micro-tomographie. Les résultats expérimentaux ont été comparés avec les prédictions numériques du code hydrodynamique bi-dimensionnel CHIC, qui prend en compte l'interaction laser-matière et la propagation des ondes de pression. Un modèle numérique de fragmentation a été implémenté dans ce code au cours de cette thèse. La capacité de cet outil à simuler la fragmentation dynamique des cibles sous choc laser a pu être testée.

Les industriels de l'aéronautique et de l'énergie cherchent continuellement à accroître les températures de fonctionnement de leurs turbomachines dans un souci de rendement et de diminution des émissions polluantes. L'amélioration de la durabilité des composants constitue également une de leurs priorités. Dans ce contexte, la résistance mécanique des superalliages à base de nickel polycristallins utilisés pour les disques de turbines est un point clef. Cette thèse porte sur les modes de déformation et d'endommagement qui se développent à 700°C lors de sollicitations mécaniques de type fatigue, fluage et fatigue-fluage au sein de deux structures métallurgiques différentes de l'alliage Udimet 720. Les différences de comportement mécanique sont analysées au travers des structures de dislocations et de l'évolution des mécanismes qui opèrent à cette échelle. Le rôle des conditions de chargement (s, Dt) et de la microstructure de précipitation g' multimodale est précisé notamment concernant la transition entre le cisaillement des précipités g' et leur contournement. En parallèle, les processus d'amorçage de fissures et de leur propagation sont caractérisés. Si une transition inter – transgranulaire de la croissance des fissures est constatée pour certaines conditions de chargement, l'endommagement des joints de grains et de macles domine. Des interactions complexes fatigue-fluage-oxydation sont de plus mises en évidence par la réalisation d'essais mécaniques équivalents conduits sous air et sous vide. Dans le domaine de haute température exploré, la microstructure de précipitation de cet alliage n'est pas stable. Les effets d'un traitement de vieillissement ont été quantifiés ainsi que leurs répercussions sur le comportement mécanique et la durée de vie. Systématiquement les deux structures métallurgiques homogène et hétérogène ont été comparées. Mots clés : Superalliage Base-nickel, Fatigue-Fluage, Structures de Dislocations, Processus d'Endommagement, Oxydation, Vieillissement Métallurgique.

Deux problèmes surviennent lorsque nous étudions les effets du grenaillage de précontrainte sur le processus de la fatigue. Le premier est la caractérisation des contraintes résiduelles (CR) et de l’écrouissage. Le second est l’évolution de CR et de l’écrouissage pendant le cyclage.Pour résoudre le premier problème, cette thèse propose une méthode pour mesurer les contraintes et l’écrouissage par nanoindentation. Ici, l’écrouissage est représenté par la déformation plastique cumulée (PP). A l’aide d’une série de simulations par éléments finis (MEF) en supposant le comportement du matériau connu, les réponses obtenues par indentation permettent d’obtenir simultanément contrainte et déformation plastique. Bien que satisfaisante d’un point vue numérique, les performances expérimentales obtenues sur un alliage de titane temps T40 restent insuffisantes. Cependant, si le profil de contrainte est connu, on peut toutefois obtenir le profil de déformation plastique. Les biais induits par la préparation de la surface ont été analysés en détail. Pour le second problème, une série d'essais de fatigue ont été effectués sur un alliage Ti-18. Quatre traitements ont été testés sur 100 cycles sous 3 amplitudes différentes de déformation. Des mesures par diffraction des rayons X ont montré que la relaxation des contraintes et l’adoucissement cyclique augmentent avec l'amplitude de déformation. Les essais d’indentation ont montré un adoucissement de la couche grenaillée / There are two problems when investigating the effects of shot-peening on fatigue process. The first one is characterizing residual stresses (RS) and strain hardening (WH) on the sample surface. The second one is the evolution of RS and WH during fatigue. In order to solve the first problem, this thesis proposes a “simultaneous function method” to measure RS and WH with nanoindentation. Accumulated plastic strain (PP) is used to represent WH. Then, by establishing functions of normalized indentation responses through a series of finite element method (FEM) simulations, normalized indentation responses obtained from nanoindentation experiments can be used to extract RS and PP values, assuming that the constitutive behavior is known. Although the simultaneous function method shows fairly high accuracy from a pure numerical view point, experiments performed on T40 commercial pure titanium are not completely satisfying. However, if the residual stress profile is known, the method can be used to derive the work hardening profile.In order to study the second problem, a series of strain-controlled fatigue tests are performed on Ti-18 alloy. Fatigue specimens of 4 material states, including raw, shot-peened, prestrained and prestrained + shot-peened, were tested under 3 different strain amplitudes over 100 cycles. X-ray diffraction tests on the sample surfaces showed that the RS relaxation and the cyclic softening increase together with the strain amplitude. IIT tests showed that shot-peening may induce a softening of the surface of Ti-18 alloy samples

Les dômes en treillis sont utilisés dans la construction de stades et d'aéroports pour accueillir un grand nombre de personnes. Ces structures entrent dans la catégorie d'importance sismique élevée car elles servent d'abris en cas d'événement sismique. Il existe des informations basées sur la recherche concernant la performance sismique des dômes ; cependant, l'application pratique de ces informations pour la conception reste un défi de taille. Essentiellement, il n'y a pas de directives établies pour la conception sismique des dômes. L'utilisation d'alliages d'aluminium peut présenter une solution efficace pour les dômes exposés à des environnements agressifs tels que les installations de stockage de produits chimiques, les dômes couvrant de grands espaces tels que les stades, et pour les dômes où des formes extrudées spécialisées peuvent faciliter les connexions efficaces entre les éléments structurels. La préférence pour ce matériau s'explique par sa durabilité, son faible rapport résistance/poids et son extrudabilité. Cependant, les alliages d'aluminium sont également connus pour être plus susceptibles à la rupture par fatigue oligocyclique. La fatigue oligocyclique peut conduire à la rupture d'un élément structurel sous l'effet de cycles de déformation induits par un tremblement de terre. La vulnérabilité des dômes en aluminium aux mouvements du sol dus aux tremblements de terre peut être affectée par la résistance à la fatigue oligocyclique du matériau. Cette étude de recherche évalue la performance sismique et la vulnérabilité sismique d'un dôme en treillis en alliage d'aluminium, en comparaison avec un dôme en treillis en acier. La vulnérabilité sismique des dômes en aluminium et en acier sous la même charge de gravité est comparée en développant des fonctions de fragilité basées sur des analyses dynamiques incrémentales. Pour les analyses dynamiques incrémentales, une suite de onze mouvements de sol non échelonnés avec une accélération maximale du sol allant de 0,2 g à 0,82 g, a été considérée. Il a été observé que les caractéristiques modales des deux dômes étaient similaires. Il n'y avait pas de déformation plastique dans les deux dômes soumis à la suite sélectionnée de mouvements de sol non échelonnés. Cependant, il y avait des déformations plastiques dans les deux dômes soumis à la suite de mouvements du sol mis à l'échelle à des intensités sismiques plus élevées. Les dômes en aluminium ont subi un déplacement deux fois plus important que le dôme en acier pour toutes les intensités sismiques considérées. Les résultats ont montré que la rupture par fatigue est attendue dans les dômes en aluminium qui sont soumis à des tremblements de terre sévères, avec une accélération spectrale supérieure à 1,5 g. Il a également été observé que le dôme en aluminium démontré une bonne résistance sismique pour les intensités de mouvement du sol représentatives du spectre de conception de l'Ouest du Canada, en particulier Vancouver, BC. / Lattice domes are used to construct stadiums and airports that accommodate many people. These structures fit into the high seismic importance category because they serve as shelters during seismic events. Information based on research regarding the seismic performance of domes exists; however, the practical application of this information for design remains a daunting challenge. Essentially, there are no established guidelines for the seismic design of domes. The use of aluminium alloys may present an effective solution for domes exposed to aggressive environments such as chemical storage facilities, domes covering large spaces such as stadiums, and for domes where specialized extruded shapes may facilitate efficient connections between structural elements. The preference for this material is due to its durability, low strength-to-weight ratio and extrudability. However, aluminium alloys are also known to be more susceptible to failure under low-cycle fatigue. Low cycle fatigue may lead to the rupture of a structural member under earthquake-induced strain cycles. The vulnerability of aluminium domes under earthquake ground motions may be affected by the low cycle fatigue resistance of the material. This research study assesses the seismic performance and seismic vulnerability of an aluminium lattice dome compared to a steel lattice dome. The seismic vulnerability of aluminium and steel domes under the same gravity load are compared by developing fragility functions based on incremental dynamic analyses. For the incremental dynamic analyses, a suite of eleven unscaled ground motions with peak ground acceleration ranging from 0.2 g and 0.82 g was considered. It was observed that the modal characteristics of both domes were similar. There was no plastic deformation in both domes subjected to the selected suite of unscaled ground motions. However, there were plastic deformations in both domes subjected to the suite of ground motions scaled to higher seismic intensities. The aluminium domes experienced twice as much displacement as the steel dome for all seismic intensities considered. The results also showed that fatigue failure is expected in aluminium domes subjected to severe earthquakes, with a spectral acceleration greater than 1.5 g. It was also observed that the aluminium dome showed a good seismic resistance for ground motion intensities representative of the design spectrum of western Canada, particularly Vancouver, BC.