Les traitements de surface sont des moyens de plus en plus utilisés pour augmenter la résistance en fatigue des pièces métalliques en améliorant les propriétés du matériau. Chez PSA Peugeot Citroën, certaines pièces sont traitées thermochimiquement (par cémentation ou carbonitruration) avant d'être grenaillées de manière à tirer profit des avantages respectifs de chaque procédé. Cette étude a pour but de comprendre l'effet du couplage entre ces deux traitements de surface sur la génération des champs mécaniques. Des investigations expérimentales ont permis de mettre en évidence les effets suivant du grenaillage sur un matériau cémenté (ou carbonitruré) dans la couche superficielle: (a) le grenaillage augmente la dureté, (b) il augmente considérablement le niveau des contraintes résiduelles, (b) il permet de transformer de l'austénite résiduelle en martensite. Un modèle élément fini du grenaillage des pièces ayant été traitées thermochimiquement a été étudié. L'état mécanique après traitements thermochimiques a été déterminé expérimentalement par diffraction des rayons X. Le modèle du grenaillage prend en compte cet état initial en termes de contraintes résiduelles, déformations plastiques et de variable d'écrouissage. Le matériau est donc à gradient de propriété et se comporte tel un véritable composite. La loi de comportement en profondeur est obtenue en liant le profil de dureté aux propriétés du matériau. Le modèle permet d'estimer, entre autres, les profils des contraintes et des déformations plastiques des pièces préalablement traitées thermochimiques.

La tenue en fatigue des pièces en alliage de titane Ti-10V-2Fe-3Al, utilisé sur les hélicoptères, doit être évaluée. Pour cela, on prend en compte les contraintes appliquées et résiduelles. Ces dernières peuvent être déterminées par diffraction des rayons X (DRX). Mais la DRX permet seulement d'évaluer les pseudo-macrocontrainte dans une phase cristalline. Pour des matériaux polyphasés, l'état de contrainte macroscopique pris en compte dans les calculs des mécaniciens correspond aux états de contrainte dans les phases, pondérés par leur fraction volumique. Mais dans le cas de l'alliage biphasé Ti-10V-2Fe-3Al, la DRX ne donne a priori pas de résultat satisfaisant en proche surface à cause de phénomènes inhérents à la diffraction, comme la fluorescence du matériau étudié ou la superposition des pics de diffraction. La position et la forme du pic sont donc mal définies engendrant ainsi des incertitudes importantes dans la détermination des contraintes. Au cours de l'étude, différentes configurations instrumentales ont été traitées pour d'optimiser l'acquisition. D'autre part, la microstructure du matériau a été analysée car l'interaction rayonnement-matière en dépend. L'impact du forgeage, du fraisage et du grenaillage sur la microstructure et sur les largeurs intégrales des pics a été étudié. Les textures cristallines engendrées ont été observées. Des analyses en diffraction des neutrons ont complété celles en DRX pour observer un plus grand volume de matière. Enfin, les constantes d'élasticité des phases α et β de l'alliage ont été réévaluées à partir des fonctions d'orientation des distributions et à l'aide d'un modèle auto-cohérent. Ceci a permis de mettre en place une méthodologie d'analyse des contraintes résiduelles par DRX adaptée à l'alliage de titane Ti-10V-2Fe-3Al forgé, grenaillé et usiné dans un contexte industriel tout en proposant des résultats compatibles avec les modélisations mécaniques de fatigue par exemple.

Le travail abordé dans le cadre de cette thèse constitue une contribution à la compréhension de l'effet TRIP (TRansformation Induced Plasticity) dans les aciers et à la modélisation du comportement élastoplastique de ces aciers. Le présent travail est consacré à l'analyse du comportement de trois aciers à effets TRIP (Inox 304L, Inox 304L-Cu et TRIP 800) et à l'identification des paramètres pilotant leur comportement pour des chargements monotones et séquentiels. Le but est de regarder l'influence relative du trajet de chargement et de la transformation martensitique. Deux modèles de comportement élastoplastique ont été analysés et implémentés dans le code de calcul éléments finis-ABAQUS. Le premier est le modèle de Lemaitre et Chaboche, prenant en compte l'écrouissage cinématique sans l'effet TRIP. Le deuxième est un modèle dit semi-physique, élatoplastique par phase, (développé par Cherkaoui). Il tient compte du multiphasage et de l'évolution de la fraction de martensite. Différents essais mécaniques ont été réalisés (essais monotones, essais séquentiels, essais hétérogènes et essais d'emboutissage) afin de constituer une base de données expérimentales en vue de l'identification du comportement élastoplastique. Une méthode d'identification inverse a été développée afin d'identifier les paramètres des deux modèles élastoplastiques. Dans les aciers multiphasés, en raison de la faible fraction d'austénite résiduelle, la transformation martensitique ne peut pas influencer énormément le comportement mécanique macroscopique lors d'un chargement thermomécanique. En conséquence, l'application d'un modèle classique (modèle de Lemaître et Chaboche dans cette étude) permet de prédire simplement le comportement mécanique des aciers à effet TRIP (304L-Cu et TRIP 800). En revanche, dans les aciers entièrement austénitiques (304L) où l'effet TRIP change considérablement la courbe de comportement mécanique, le modèle de Lemaître et Chaboche n'est pas approprié pour prédire leur comportement mécanique. Il est alors nécessaire d'utiliser un modèle qui prend en compte l'effet TRIP (modèle semi-physique dans ce travail).

Le présent mémoire de thèse a pour but d'étudier le comportement visco-hydromécanique de la craie d'Estreux à la fois à l'échelle du site, de l'échantillon et de la microstructure dans le cadre du programme « vieillissement des massifs rocheux ». Premièrement, le suivi de l'instrumentation dans la carrière abandonnée d'Estreux a été réalisé à partir de février 2004. Le changement saisonnier mesuré dans la galerie avec ce suivi et en particulier l'hygrométrie (80% - 100%) a été reproduit pour les essais au laboratoire. Deuxièmement, une étude expérimentale a été menée sur les propriétés de rétention d'eau. Cette étude a montré que la variation d'humidité relative dans la carrière entre 80% et 100% pourrait saturer / désaturer la craie dans la galerie, au moins à la surface des piliers. C'est la raison pour laquelle, dans une troisième phase, la réponse mécanique de la craie partiellement saturée a été caractérisée à l'aide des essais oedométriques et triaxiaux à haute pression et à succion contrôlée. Le comportement visqueux de la craie a été également étudié par une campagne d'essai triaxial à différentes vitesses de chargement. Les résultats obtenus ont mis en évidence l'effet de la succion et de la vitesse de chargement sur le comportement mécanique de la craie: comme la succion, l'augmentation de la vitesse de chargement provoque une expansion du domaine élastique. Quatrièmement, ces phénomènes ont fait l'objet d'une comparaison à l'échelle microscopique. Après une étude sur la définition d'un protocole sur des observations au microscope électronique à balayage environnemental (MEBE), un système de succion contrôlée du module de chargement de compression/traction Microtest (Deben ®) installé dans la chambre d'observation du MEBE, a été développé. Ce système a permis l'étude du comportement visco-hydromécanique de la craie à l'échelle microscopique. Finalement, ce comportement a été modélisé en développant dans l'espace triaxial le modèle RASTRA (Rate of STRAin model) de De Gennaro & Pereira (2008). Ce modèle a permis de simuler l'effet de la succion ainsi que l'effet du temps.

L'étude des sols latéritiques de la région de l'Agnéby en Côte d'Ivoire a été effectuée sur les données géotechniques des rapports d'étude de dix sections de routes construites en utilisant des graveleux latéritiques dans la structure de chaussée. Ces données comportaient des courbes granulométriques, des limites de consistance pour la fraction fine, des résultats d'essais Proctor modifié et d'essais CBR. Ces données ont fait l'objet de traitements statistiques classiques (caractérisation de la variabilité de chaque paramètre géotechnique, recherche de corrélations entre paramètres) et d'une analyse factorielle en composantes principales de l'ensemble des données (188 prélèvements). L'étude conclut que les échantillons de sols latéritiques analysés ont des propriétés assez voisines pour que l'on ne puisse pas les différencier clairement par analyse statistique. Elle conclut qu'il serait utile de prolonger l'étude en couvrant un territoire suffisamment grand (pays, partie du continent africain) pour qu'on y trouve les différents types de sols latéritiques décrits dans la littérature, notamment des latérites de forêt comme celles de l'Agnéby, des latérites de savane et des latérites de cuirasses anciennes. Le mémoire propose une méthodologie pour cette étude plus générale. Le mémoire comprend six chapitres, une introduction et une conclusion générales et donne en annexe l'ensemble des valeurs des données géotechniques utilisées.

L'objectif de ce travail est de présenter un modèle prédictif de durée de vie à l'amorçage des structures métalliques travaillant en endurance limitée et qui sont soumises à des sollicitations multiaxiales d'amplitude variable. La particularité de ce modèle déterministe réside dans son utilisation possible dans l'industrie qui requiert certaines exigences : modèle prédictif sur structures sans comptage de cycles, d'utilisation simple en termes de données et de rapidité (pas trop de paramètres à identifier, pas trop de données de fatigue utilisées et calcul moins coûteux) et applicable sur une large variété de matériaux métalliques pour tout type de séquences répétées de chargement multiaxial d'amplitude variable. Après une analyse bibliographique des critères proposés dans ce domaine, aucun d'entre eux n'est utilisable dans les bureaux d'études, et ne répond pas complètement aux exigences industrielles. Le modèle est fondé à l'échelle mésoscopique. Il repose sur deux points : (i) le choix de la déformation plastique mésoscopique cumulée du cycle stabilisé "pc s comme variable de dommage avec l'utilisation d'un modèle élastoplastique dépendant de la pression hydrostatique pour son évaluation, (ii) la détermination de la durée de vie à l'amorçage via un facteur d'endommagement dépendant de "pc s et de certains paramètres liés au matériau et au chargement. Le modèle fait intervenir six paramètres identifiables à l'aide d'une courbe de Wöhler et deux limites d'endurance. La validation du modèle est assurée via des essais de fatigue (de la littérature) sous chargement multiaxial d'amplitude constante et variable, réalisés sur cinq matériaux. De bonnes corrélations avec les essais expérimentaux ont été obtenues. Enfin, le modèle est utilisé pour déterminer la durée de vie à l'endurance limitée d'un ressort de suspension d'automobile.

AFIN D'OBTENIR LES PROPRIETES METALLURGIQUES OPTIMALES DU MATERIAU, LES CULASSES AUTOMOBILES EN ALLIAGE D'ALUMINIUM SUBISSENT UN TRAITEMENT THERMIQUE (TREMPE-REVENU) GENERANT D'IMPORTANTES CONTRAINTES RESIDUELLES. LEUR MODELISATION EST NECESSAIRE POUR POUVOIR PREDIRE LA TENUE EN FATIGUE POLYCYCLIQUE. LES CONTRAINTES RESIDUELLES ETANT PILOTEES PAR LA THERMIQUE DE TREMPE, IDENTIFIER L'HISTOIRE THERMIQUE DU REFROIDISSEMENT EST PRIMORDIAL. LES COEFFICIENTS D'ECHANGE H(T), MODELISANT LES TRANSFERTS THERMIQUES AVEC L'EXTERIEUR, DETERMINENT LE REFROIDISSEMENT. LEUR EVOLUTION EST DEFINIE PAR UNE FONCTION ANALYTIQUE SIMPLE DONT LES PARAMETRES SONT RECALES PAR OPTIMISATION A PARTIR DE DONNEES EXPERIMENTALES. UNE FOIS L'HISTOIRE THERMIQUE SIMULEE CORRECTEMENT, LES CONTRAINTES RESIDUELLES SONT OBTENUES SUITE A UN CALCUL MECANIQUE METTANT EN EVIDENCE, DANS LES REGIONS A RISQUE, DES ZONES DE TRACTION DEFAVORABLES A LA TENUE EN SERVICE. LA PRISE EN COMPTE DE CET ETAT INITIAL PERMET ALORS DE CARACTERISER LES ZONES CRITIQUES EXPERIMENTALEMENT OBSERVEES. PAR AILLEURS, AFIN DE RENDRE L'OUTIL OPERATIONNEL EN BE, IL EST NECESSAIRE DE PROPOSER UNE METHODE NUMERIQUE PERMETTANT DE DIMINUER LES DUREES DE SIMULATION POUR LA RESOLUTION D'UN PROBLEME D'EVOLUTION ET POUR LA RECHERCHE DIRECTE DE LA REPONSE STABILISEE D'UNE STRUCTURE SOUMISE A UN CHARGEMENT CYCLIQUE. L'APPROCHE DEVELOPPEE REPOSE SUR LA METHODE A GRAND INCREMENT DE TEMPS ET LA METHODE CYCLIQUE DIRECTE : L'EQUILIBRE GLOBAL, ECRIT SOUS SA FORME RESIDUELLE, EST RESOLU SUR UNE BASE D'ONDELETTES REDUITE. DES GAINS SIGNIFICATIFS EN TEMPS CPU SONT OBTENUS POUR LA RECHERCHE DU CYCLE STABILISE.

Dans le cadre du dimensionnement à la fatigue thermomécanique des culasses automobiles, nous proposons une méthode de simulation des structures soumises à des chargements cycliques. Cette méthode, alternative aux méthodes classiques (comme la méthode incrémentale) permet de résoudre des problèmes thermomécaniques cycliques non-linéaires. Il s'agit d'une Méthode Cyclique Directe qui consiste à rechercher directement la solution asymptotique d'une structure anélastique soumise à un chargement thermomécanique périodique, sans suivre l'histoire du chargement. Elle est fondée sur les techniques de grand incrément de temps [Ladevèze et al.], en prenant en compte la périodicité de l'état limite [Nguyen et al.] et la transformation de Fourier. Cette méthode permet des gains de temps importants pour les structures comprenant un grand nombre de degrés de liberté. Un développement de cette méthode dans une version commerciale d'Abaqus, a permis de montrer la faisabilité de cette approche dans le cas de la simulation d'une culasse.

L'intégrité des portées d'étanchéité des robinets des centrales REP nécessite l'emploi de revêtements durs comme par exemple le Norem02, base Fe, déposés par soudage PTA (Plasma Transfered Arc). La prédiction de leur tenue en service nécessite la connaissance de leur état mécanique en fin de fabrication. Pour cela, la simulation numérique du procédé de dépôt doit être effectuée. La microstructure du Norem02 est essentiellement constituée d'une matrice austénitique parsemée d'ilôts de ferrite et de carbures. Son évolution et ses éventuelles transformations allotropiques sont étudiées durant des cycles thermiques représentatifs de ceux subis par le matériau au cours du dépôt, amenant à la conclusion que l'évolution métallurgique de l'alliage n'a que très peu d'influence sur ses propriétés mécaniques. En s'appuyant sur des essais jusqu'à 1000°C de dilatométrie libre, de traction isotherme, ainsi que de traction-compression, l'évolution des caractéristiques thermomécaniques est déterminée en fonction de la température et une loi de comportement élasto-plastique à écrouissage cinématique non linéaire est identifiée. Des mesures expérimentales de températures, déplacements, déformations et contraintes résiduelles lors d'essais de dépôt PTA sur des maquettes représentatives de la géométrie réelle d'un robinet permettent l'identification d'un chargement thermique équivalent. Enfin, des simulations numériques sont conduites en utilisant le code éléments finis développé au sein d'EDF R&D Code_Aster. Elles permettent la validation du caractère prédictif des modèles développés par comparaison entre les résultats mécaniques simulés et expérimentaux. Une excellente corrélation est ainsi observée entre les températures mesurées et simulées tout au long du procédé. De la même façon, à l'issue du refroidissement, les distorsions, déformations et contraintes résiduelles expérimentales et simulées sont en adéquation, validant ainsi la stratégie de modélisation proposée dans ces travaux.

Ce travail traite de l'évolution de la texture et de la microstructure dans les soudures d'acier inoxydable duplex 2205 traitées thermiquement. L'analyse microstructurale a montré que la ZAT est caractérisée par une forte teneur en ferrite alors que le centre du métal fondu contient plus d'austénite. Les traitements thermiques effectués dans le domaine 800-1000°C ont causé la précipitation de la phase σ et des carbures de chrome M23C6 aux interfaces γ / δ qui sont les sites privilégiés de germination. Au-delà de 1050°C la fraction volumique de la ferrite augmente avec la température. Les propriétés mécaniques optimales du joint soudé sont obtenues suite à un traitement d'hypertrempe à 1050 °C pendant 1h. Le passage de la température d'hypertrempe de 1050 à 1250 °C retarde la précipitation de la phase σ et favorise celle de l'austénite secondaire γ2. L'étude de la cinétique de précipitation de la phase σ dans les différentes zones de la soudure montre que celle-ci suit le modèle modifié de JMA. Les résultats obtenus montrent une dépendance significative de la précipitation de la phase σ par rapport à la température d'hypertrempe. L'analyse par EBSD de la texture cristallographique du métal fondu a permis de déterminer la relation d'orientation exacte entre l'austénite et la ferrite comme étant une rotation de 44.2° autour d'un axe <0.16, 0.16, 0.97>. La texture du métal de base reste quasiment stable suite à l'opération de soudage et aux traitements thermiques effectués au moment où une petite dispersion vient perturber légèrement la relation d'orientation dans le métal fondu.