EDF souhaite conforter la justification de l’intégrité des cuves de réacteurs nucléaires à eau pressurisée, basées sur l’amorçage de fissure, par le concept d’arrêt de fissure. L'objectif de la thèse est de consolider les travaux de prévision de l’arrêt des fissures fragiles dans l’acier de cuve. Des essais d'arrêt de fissure isothermes réalisés entre -150°C et -50°C sur des éprouvettes CT et sur des anneaux en compression ont été analysés. Les analyses fractographiques montrent que la propagation et l’arrêt de fissure se produisent en clivage même si de la déchirure ductile précède la propagation instable de fissure. Un critère local d’arrêt de fissure fragile est appliqué lors de calculs par éléments finis en élastoviscoplasticité et en dynamique : la rupture se produit si la contrainte principale maximale est égale à une contrainte critique. Ce critère permet de bien prédire les vitesses de propagation ainsi que les longueurs de fissure à l’arrêt. La contrainte critique augmente avec la température en relation avec les signes de dissipation observés sur les surfaces de rupture. Une dépendance du critère à la géométrie est observée. Elle peut être liée aux hypothèses de calculs réalisés en bidimensionnel. L’étude de la dynamique de la structure montre que le phénomène d’arrêt de fissure est fortement lié à la dynamique globale de la structure : l’arrêt et la fermeture de la fissure interviennent simultanément. / EDF wants to complete the assessment of reactor pressure vessels usually based on crack initiation concept by crack arrest concept. The work aims at improving the knowledge of cleavage crack arrest in reactor pressure vessel steel. For that purpose, isothermal crack arrest experiments were performed for temperatures ranging from –150°C up to –50°C on compact tensile specimens and on pre-cracked rings submitted to compressive loading. Fractographic observations revealed that the whole crack propagation and arrest occurs by cleavage even if ductile tearing occurs before initiation of the unstable crack propagation. A local cleavage crack arrest criterion is applied in finite element computations carried out in elastoviscoplasticity and in full dynamics: the crack propagates since the largest principal stress reaches a critical stress. The application of this criterion on the experiments leads to a good prediction of the crack speed and of the crack length and shows that the critical stress increases with the temperature in relation with dissipation features observed on the fracture surfaces. Dependence to the geometry is observed; it can be due to the assumption used for the 2D computations. The study of the structural dynamic shows that the crack arrest phenomenon is very linked to the global dynamics of the structure: crack arrest and crack closure occur approximately at the same time.

Si l'amorçage des fissures de fatigue est aujourd'hui bien compris dans le cas de monocristaux de métaux purs, ce phénomène s'avère plus complexe à cerner et à prédire dans le cas d'alliages métalliques polycristallins tels que l'acier AISI 316LN.D'un point de vue expérimental, notre étude s'est concentrée sur la caractérisation du comportement mécanique et l'étude, à différentes échelles, des phénomènes liés à l'amorçage des fissures de fatigue oligocyclique dans l'acier 316LN. Pour des niveaux de déformation appliquée de Δε/2 = 0,3 et 0,5%, l'adoucissement cyclique observé au cours des essais coïncide avec l'organisation des dislocations sous forme de bandes. Ces bandes sont liées à l'activation des systèmes de plus haut facteur de Schmid. Elles portent la majeure partie de la déformation et provoquent en surface des intrusions et extrusions favorisant l'apparition et la coalescence de fissures.D'un point de vue modélisation, nous avons proposé un nouveau modèle de plasticité cristalline intégrant des dislocations géométriquement nécessaires (GND) directement calculées à partir du second gradient de la rotation élastique. Implémenté dans les codes d'éléments finis AbaqusTM et Cast3mTM, ce modèle s'inspire des travaux sur le monocristal en transformations finies de Peirce et al. (1983) et de Teodosiu et al. (1993). Adapté au cas des polycristaux par Hoc (1999) et Erieau (2003), il a été enrichi par l’introduction GND selon la théorie proposée par Acharya et Bassani (2000). Les simulations réalisées sur des différents types d'agrégats (2D extrudé et 3D) montrent que la prise en compte de GND permet :- de reproduire les effets de taille de grains au niveau macroscopique et local,- de décrire plus finement les champs de contraintes calculés.Ces simulations ont permis de mettre en évidence l'influence des matrices d'élasticité et d'écrouissage sur les valeurs et l'évolution des contraintes macroscopique effective et cinématique moyenne et le rôle important des conditions aux limites lors des calculs d'agrégats. / If fatigue crack initiation is currently quite well understood for pure single crystals, its comprehension and prediction in cases of polycrystal alloys such as AISI 316LN stainless steel remain complicated.Experimentally our study focuses on the characterisation of the mechanical behaviour and on the study at different scales of the phenomenon leading to low cycle fatigue crack initiation in 316LN stainless steel. For straining amplitudes of Δε/2 = 0,3 and 0,5%, the cyclic softening observed during testing has been related to the organisation of dislocations in band structures. These bands, formed due to the activation of slip systems having the greatest Schmid's factor, carry the most part of the deformation. Their emergence at free surfaces leads to the formation of intrusions and extrusions which help cracks initiate and spread.Numerically we worked on the mesoscopic scale, proposing a new model of crystalline plasticity. This model integrates geometrically necessary dislocations (GND) directly computed from the lattice curvature. Implemented in the finite element code AbaqusTM and Cast3mTM, it is based on single crystal finite deformations laws proposed by Peirce et al. (1983) and Teodosiu et al. (1993). Extended for polycrystals by Hoc (2001) and Erieau (2003), it has been improved by the introduction of GND (Acharya and Bassani, 2000). The simulations performed on different types of aggregates (2D/3D) have shown that taking GND into account enables:- the prediction of the grain size effect on a macroscopic and on a local scale,- a finer computation of local stress field.The influence of the elasticity and interaction matrices on the values and the evolution of the isotropic and kinematic mean stresses has been shown. The importance of boundary conditions on computed mechanical fields could also be pointed out.

Le concept de fatigue mécanique au sens originel fait référence au niveau structural et opère donc sur les structures, c'est-à-dire dans le cadre de la Mécanique de la Rupture. Les modèles construits doivent donc réaliser leur identification sur une structure : changer la structure, change donc le modèle et donc l'identification du modèle. L'emploi d'une Mécanique qui traite toujours les problèmes d'endommagement mais dans un cadre plus local est donc forcément judicieux : la Mécanique de l'Endommagement est une bonne candidate. Les modèles de comportements endommageables construits dans ce cadre ne nécessitent qu'une unique identification à l'échelle du VER et sont utilisables dans n'importe quelle géométrie structurale. Cette voie a été évidemment prise depuis longtemps. Toutefois, on y rencontre souvent des incohérences. Par exemple, le compteur de cycles de la sollicitation appliquée à la structure se retrouve gouverner la loi d'évolution des phénomènes d'endommagement au niveau local. Pourtant, il n'y a aucune raison objective qui puisse justifier cela sans précaution, et c'est parfois parfaitement faux. Il s'agit dans cette étude de faire rentrer rigoureusement le concept de fatigue mécanique dans le cadre local de la Mécanique de l'Endommagement et de réaliser une approche locale de la fatigue. Le but ultime est de réaliser des calculs de structure sous sollicitations de fatigue avec la même exigence de validité que des calculs de structure sous sollicitations quasi-statiques.En tout premier lieu, la mise en évidence des carences de l'existant démontre qu'à l'heure actuelle rien ne permet de réaliser un calcul de structure en fatigue, utilisant la Mécanique de l'Endommagement, dans des conditions parfaitement satisfaisantes.C'est la raison pour laquelle, en second lieu, la notion de problème de fatigue est formalisée Cette formalisation est à la base d'un cadre que l'on estime propice à l'écriture d'une approche locale de la fatigue.Le souhait délibéré de ne pas construire des lois de fatigue incrémentales mais des lois gouvernées par un compteur de sollicitations et surtout déduites de lois d'évolution écrites en quasi-statique, oblige à des règles de linéarisation, puis à l'énoncé précis d'une démarche.En utilisant des cas particuliers de problèmes de fatigue et en appliquant la démarche énoncée, l'écriture rigoureuse et l'identification d'un modèle d'endommagement en fatigue pour le phénomène de fissuration intralaminaire présent dans les composites à fibres continues est réalisée. Les lois locales de fatigue écrites sont mises en place dans un processus de calcul de structure sous sollicitation de fatigue. On constate, pour ces cas particulier de matériaux et de phénomène d'endommagement, qu'avec la démarche mise en place, la résolution des problèmes de calcul de structure en fatigue peut être réalisée avec la même aisance que la résolution des problèmes de calcul de structure sous sollicitations quasi-statiques.Ce travail pose des bases très générales pour une approche nouvelle de la fatigue des structures. Il clarifie le concept de fatigue en le faisant rentrer dans un cadre très structurédans le but de mener à bien une approche locale de la fatigue, en vue d'une utilisation dans des calculs de structure en fatigue. Il a été utilisé avec succès dans une configuration particulière. Pourtant, pour l'heure, il est difficile de dire s'il va permettre une approche locale de la fatigue pour tous les phénomènes, tous les matériaux et pour les cas les plus généraux de sollicitations. Cette étude n'a pas pour ambition d'amener une réponse à tous ces cas mais d'être une voie ouverte à la résolution d'autres cas, voire à une généralisation sans condition, d'une approche locale de la fatigue. / The original concept of mechanical fatigue was linked to the failure of structures and was treated at first within the framework of Fracture Mechanics. Models developed to explain this phenomenon must therefore be able to be applied to structures: changing the structure means changes to the model and its identification. It is therefore judicious to develop models capable of treating both the damage processes and also able to be used within a local framework: to this end a method based on Damage Mechanics seems appropriate. This approach has long been employed and requires only the identification of damage processes at the level of the RVE (Representative Volume Element) to be used for any structural geometry. However incoherencies can be encountered such as when the number of load cycles applied to the macroscopic structure does not reflect the internal loading kinetics, leading, for example to effects due to the frequency of loading. This can be found to influence the laws governing the evolution of damage phenomena at the local level, leading to wrong conclusions. Nevertheless this is not inevitable if precautions are taken. This goal of this study has been to introduce rigorous concepts of mechanical fatigue in the local framework of Damage Mechanics and to carry out a local approach to fatigue. The ultimate aim has been to be able to carry out calculations on structures subjected to fatigue loading with the same degree of finesse as under quasi-static conditions.An initial step has been to reveal the shortcomings of existing models and show that at present no model of a structure subjected to fatigue using Damage Mechanics is perfectly satisfactory.As a result the notion of the fatigue problem has been formulated and used as a base for defining a suitable framework for developing a local approach to fatigue.A deliberate goal has been to avoid constructing incremental fatigue laws but to introduce the real effects of loading cycles deduced from the evolution of behavioural laws obtained in quasi-static tests, requiring rules of linearization and a clear definition of the adopted approach.Benefiting from specific problems involving fatigue damage and applying them to this approach, a rigorous description of the phenomena and the identification of a fatigue damage model applied to intra-laminar cracking has been developed. The laws governing the local approach have been described for the case of a structure subjected to fatigue. It has been shown that for a given case of a material and damage processes the proposed approach applied to a structure subjected to fatigue loading can be modelled with the same ease as resolving the effects of quasi-static loading.This study has created very general foundations for a new approach to understanding the fatigue of structures. It clarifies the fatigue concept by defining it within a tightly defined framework with the goal of formulating a local approach to fatigue applied to the calculation of structures subjected to fatigue loading. It has been successfully used for a particular configuration. However for the present it is difficult to assert that it can be used as a local approach for all fatigue phenomena, in all materials and for the most general types of loading. The study has not had the ambition of providing a solution to all these cases but rather to open a new approach to resolve other cases and possibly to provide a guideline to achieving a truly local approach to a general solution of the fatigue of structures.

L'alliage d'aluminium 6061-T6 a été retenu pour la fabrication du caisson-coeur du futur réacteur expérimental Jules Horowitz (RJH). L'objectif de cette thèse est de comprendre et modéliser le comportement et l'endommagement de cet alliage en traction et en ténacité, ainsi que l'origine de l'anisotropie d'endommagement. Il s'agit de faire le lien entre la microstructure et l'endommagement du matériau à l'aide d'une approche micromécanique. Pour ce faire, la microstructure de l'alliage, la structure granulaire et es précipités grossiers ont été caractérisés en utilisant des analyses surfaciques (Microscopie Électronique à Balayage) et volumiques (tomographie/laminographie X). Le mécanisme d'endommagement a été identifié par des essais de traction sous MEB in-situ, des essais de tomographie X ex-situ et des essais de laminographie X in-situ pour différents taux de triaxialité. Ces observations ont notamment permis de montrer que la germination des cavités sur les précipités grossiers de type Mg2Si est plus précoce que sur les intermétalliques au fer. Le scénario identifié et les grandeurs mesurées ont ensuite permis de développer un modèle d'endommagement couplé, basé sur l'approche locale de la rupture, de type GTN intégrant la germination, la croissance et la coalescence des cavités. Le lien entre l'anisotropie d'endommagement et de forme/répartition des précipités a pu être montré. Cette anisotropie microstructurale modifie les mécanismes : Pour une sollicitation dans le sens long l'endommagement est majoritairement intergranulaire alors que dans le sens travers on observe un endommagement mixte intergranulaire et intragranulaire. La prise en compte des mesures de l'endommagement dans la simulation a permis d'expliquer l'anisotropie d'endommagement. Ce travail servira de référence pour les études futures qui seront menées sur le matériau irradié. / The AA6061-T6 aluminum alloy was chosen as the material for the core vessel of the future Jules Horowitz testing reactor (JHR). The objective of this thesis is to understand and model the tensile and fracture behavior of the material, as well as the origin of damage anisotropy. A micromechanical approach was used to link the microstructure and mechanical behavior. The microstructure of the alloy was characterized on the surface via Scanning Electron Microscopy and in the 3D volume via synchrotron X-ray tomography and laminography. The damage mechanism was identified by in-situ SEM tensile testing, ex-situ X-ray tomography and in-situ laminography on different levels of triaxiality. The observations have shown that damage nucleated at lower strains on Mg2Si coarse precipitates than on iron rich intermetallics. The identified scenario and the in-situ measurements were then used to develop a coupled GTN damage model incorporating nucleation, growth and coalescence of cavities formed by coarse precipitates. The relationship between the damage and the microstructure anisotropies was explained and simulated.

Structural integrity assessment of nuclear components assessed using the R6 Failure Assessment Diagram approach requires an understanding of the limiting condition in terms of both fracture and plastic collapse. For ductile materials, such as stainless steels used for nuclear components, including the primary pipe-work of a Pressurised Water Reactor (PWR), the limiting condition defined by plastic collapse is likely to occur prior to the initiation of fracture. This is due to the relatively low yield stress of the material and the high fracture toughness. If this is the case, structural integrity may be solely assessed on plastic collapse criteria, with little or no reference to fracture toughness; thus considerably simplifying the assessment procedure, whilst maintaining the integrity of the plant. Nevertheless, an in-depth understanding of fracture under plastic collapse conditions is required to make a robust case for single parameter assessments based on a plastic collapse criterion alone. The challenge in this project lay in understanding and predicting ductile fracture initiation under large-scale yielding conditions, i.e. outside the normal validity limits of conventional elastic-plastic fracture mechanics as plastic collapse conditions are achieved. The approach developed in this research has explored three fracture assessment methods: (a) two parameter fracture mechanics based on the J-integral and a refined Q-parameter calculated closer to the crack-tip under widespread plasticity than is conventionally the case, (b) two local approach methods based on critical void growth ratio defined by Rice and Tracey, and (c) a local approach method based on the critical work of fracture. All three methodologies were found to adequately describe failure across a range of constraint conditions. The fracture toughness constraint dependence of 304(L) stainless steel was studied experimentally and analytically. Significant constraint loss was shown to occur in nominally high constraint fracture toughness specimens due to extensive plastic deformation at fracture initiation. Furthermore, significant fracture toughness constraint dependence was observed experimentally. An analytical method using local approach criteria was developed to predict high constraint fracture toughness, required for structural integrity assessments, and to quantify the constraint dependence fracture toughness as a function of two parameter fracture mechanics based on the J-integral and the refined Q-parameter. The influence of constraint on the prediction of failure in a stainless steel pipe containing a fully circumferential crack of various depths was investigated analytically for a range of loading conditions. A refined constraint independent failure assessment methodology was developed using local approach analyses. Using this methodology, the pipe component was shown to consistently fail by plastic collapse irrespective of the crack depth or loading condition. The conservatism of the conventional structural integrity assessment was quantified and shown to vary with crack depth and with loading conditions. This research has suggested that failure in a 304(L) stainless steel pipe will be by plastic collapse prior to ductile initiation for a limited range of defects and loading conditions. Further analytical studies and experimental work will be required to demonstrate whether this observation is general for a wider range of defects and loading conditions.

Des études cliniques sur les nouveau-nés prématurés montrent qu'une large proportion des grands prématurés (moins de 32 semaines d’aménorrhée) présentera des troubles cognitifs, moteurs ou comportementaux. Un objectif clinique est donc d’approfondir les études du développement cérébral et de détecter les anomalies chez les patients néonataux. Parmi les modalités d'imagerie, l'IRM peut fournir une information 3D morphologique, non-invasive, non ionisante et avec une résolution spatiale de l'ordre du millimètre, propriétés qui sont bien adaptées à cette problématique. En outre, la segmentation de ces images permet de fournir des informations quantitatives de l'anatomie, comme le volume ou la forme. Il existe de nombreuses méthodes pour l'IRM chez l'adulte. Néanmoins, la plupart d'entre elles ne peuvent pas s'appliquer directement chez le nouveau-né, où la maturation des tissus cérébraux induit des modifications de contraste dans l'image (dues, par exemple, à la non-myélinisation de la substance blanche). De plus, des détériorations visuelles, telles que les effets de volume partiels, se produisent par l'effet conjugué de la résolution des images et de la finesse des structures (par exemple, le cortex). Cette thèse se focalise sur la segmentation de la surface corticale des nouveau-nés en utilisant des images IRM, avec une précision satisfaisante pour des applications subséquentes (comme la génération de maillages surfaciques). Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés dans un premier temps aux approches par atlas ou multi-atlas. Cette famille de méthodes est connue pour son efficacité en termes de segmentation cérébrale grâce à des a priori spatiaux intégrés au modèle, qui permettent de guider la segmentation. Néanmoins, le cortex étant une structure très fine, des erreurs topologiques peuvent se produire. Afin de résoudre ce problème, une étape de correction topologique multi échelle est mise en oeuvre. Les résultats montrent le potentiel de ces deux types d'approches pour l’analyse des données considérées. / Clinical studies for preterm infants (less than 32 weeks of gestation) emphasize the fact that an important part of the very or extreme preterm infants will present cognitive, motor or behavioral disorders. The clinical aim is to improve brain development studies and be able to detect and predict abnormalities in neonatal subjects. Among the medical imaging, MRI can provide non-invasive non-ionizing morphological 3D images with a spatial resolution of the order of a millimeter, properties that are well adapted to this issue. In addition, the segmentation of these images provides quantitative anatomical information, such as volume or shape. There are many existing methods for adult MRI that successfully segment brain subparts. However, these methods cannot be directly applied to the newborn, where the maturation of brain tissue modifies the contrasts in the image (for example, the non-myelination of the white matter). Moreover, factors related to the resolution together with structural fineness, especially in the cortex, induce partial volume effects in tissue boundaries. This thesis focuses on the segmentation of the cortical surface in neonatal infants using MR images, with satisfactory accuracy for further applications (such as the generation of surface meshes). In this thesis, we first focused on the so-called atlas or multi-atlas approaches. This family of methods is known for its effectiveness in brain segmentation, thanks to spatial priors that can be embedded in the model for guiding the segmentation. However, since the neonatal cortex is very thin, there are often discontinuities or wrong connections. In order to tackle this issue, a topological correction step is proposed to fill gaps and separate erroneous connections. The results emphasize the potential of these two types of approaches for this purpose.

In a world with an ever-increasing amount of data processed, providing tools for highquality and fast data processing is imperative. Database Management Systems (DBMSs) are complex adaptive systems supplying reliable and fast data analysis and storage capabilities. To boost the usability of DBMSs even further, a core research area of databases is performance optimization, especially for query processing. With the successful application of Artificial Intelligence (AI) and Machine Learning (ML) in other research areas, the question arises in the database community if ML can also be beneficial for better data processing in DBMSs. This question has spawned various works successfully replacing DBMS components with ML models. However, these global models have four common drawbacks due to their large, complex, and inflexible one-size-fits-all structures. These drawbacks are the high complexity of model architectures, the lower prediction quality, the slow training, and the slow forward passes. All these drawbacks stem from the core expectation to solve a certain problem with one large model at once. The full potential of ML models as DBMS components cannot be reached with a global model because the model’s complexity is outmatched by the problem’s complexity. Therefore, we present a novel general strategy for using ML models to solve data management problems and to replace DBMS components. The novel strategy is based on four advantages derived from the four disadvantages of global learning strategies. In essence, our local learning strategy utilizes divide-and-conquer to place less complex but more expressive models specializing in sub-problems of a data management problem. It splits the problem space into less complex parts that can be solved with lightweight models. This circumvents the one-size-fits-all characteristics and drawbacks of global models. We will show that this approach and the lesser complexity of the specialized local models lead to better problem-solving qualities and DBMS performance. The local learning strategy is applied and evaluated in three crucial use cases to replace DBMS components with ML models. These are cardinality estimation, query optimizer hinting, and integer algorithm selection. In all three applications, the benefits of the local learning strategy are demonstrated and compared to related work. We also generalize the strategy’s usability for a broader application and formulate best practices with instructions for others.

Les contraintes résiduelles, introduites lors de la fabrication des pièces mécaniques, influent sur leur durée de vie en fatigue et doivent donc être prises en compte. Ce travail vise à développer une méthode de dimensionnement rapide en fatigue oligocyclique permettant leur prise en compte, aussi bien sous chargement de traction que de compression. L’idée principale est de calculer analytiquement le cycle stabilisé uniquement au point critique de la structure à l’aide d’une méthode simplifiée en plasticité confinée. Cette dernière est basée sur une loi de localisation, qui étend les méthodes énergétiques de type Neuber au cas général multiaxial. La loi de localisation permet de relier le chargement appliqué à la structure à celui observé localement au point critique. Elle est calibrée à l’aide d’une simulation éléments finis sous chargement monotone de la structure. Pour cela, le comportement élasto-plastique du matériau est d’abord caractérisé à partir d’un essai de traction avec charges-décharges. A l’aide de ce seul essai, la loi de comportement est identifiée de manière séquentielle, en utilisant des écrouissages cinématique et isotrope à seuil. Ce seuil permet d’améliorer la prévision de la contrainte moyenne stabilisée, utilisée dans le critère de fatigue proposé. Ce dernier a été identifié sur des essais purement alterné (Rε=-1), puis validé pour des chargements de traction alternée (Rε>-1) et de compression alternée (Rε<-1). L’application de la démarche en plasticité confinée est réalisée sur des éprouvettes à double encoche présentant initialement différents états de contraintes résiduelles. L’évolution des contraintes locales sous chargement cyclique nominal de traction répétée (Rσ=0) ou de compression répétée (Rσ=-∞) est mesurée. Cette évolution est ensuite comparée aux prévisions numériques et analytiques obtenues à l’aide de la loi de comportement et de la méthode simplifiée. L’application du critère de fatigue aux données stabilisées prévues par les modèles a permis d’obtenir des durées de vie avec un conservatisme indépendant du rapport de charge et de l’état initial. Enfin, une application de la démarche complète sur des joints soudés en T est réalisée afin d’élargir le spectre d’application de la méthode. / Residual stresses are inherent to the manufacturing processes and can have a strong effect on the fatigue life of structures. Therefore, they shall be taken into account in fatigue design. In this PhD thesis, a fast design method is developed to take residual stresses into account in low cycle fatigue, either under tensile or compressive loadings. The main idea is to calculate analytically the stabilised stress-strain curve, at the critical point, by using a simplified method for confined plasticity. This method is based on a localisation law that extends energetic methods like Neuber to general multiaxial stress states. The localization law links the applied load to the local load at the critical point. It has to be identified on a finite element analysis of the structure under monotonic load. For this purpose, the elasto-plastic behaviour of the material is characterised from one single tensile test with loadings-unloadings. The behaviour law, identified sequentially, includes isotropic and kinematic hardenings with thresholds. This improves the stabilised mean stress prediction, which is used in the proposed fatigue criterion to represent the influence of the load ratio on the fatigue life. This criterion is identified on purely alternated tests (Rε=-1), and then validated under various tensile load ratios (Rε>-1) as well as compressive load ratios (Rε<-1). The methodology is validated on plate specimens with two semi-circular notches, which initially present different residual stresses states. The experimental evolution of local stresses during cyclic compressive (Rσ=-∞) and tensile (Rσ=0) repeated applied loads have been studied experimentally and compared to the numerical and analytical predictions. The same work has been achieved on the fatigue lives predictions. It shows that a slight conservatism, independent from the load ratio and the initial state, is obtained. Finally, an application of the method on T-Joints is realised to enlarge the scope of the method.

L'utilisation croissante des polymères dans les structures industrielles est impulsée par le besoin de réduction du cycle/coût de production ainsi que de l'allègement des structures. Dans l'industrie automobile, PSA Peugeot Citroën s'est lancé sur une problématique liée au dimensionnement d'un procédé d'assemblage de pièces plastiques par vissage-taraudage. Le principe du procédé consiste à réaliser le taraudage directement lors du montage de la pièce <<portée>> en polymère en utilisant une vis métallique auto-taraudeuse. Il s'agissait alors d'être capable de modéliser numériquement par éléments finis l'opération de vissage-taraudage. Cet outil numérique offre ensuite la possibilité de mener des plans d'expériences plus larges en étudiant l'influence d'un plus grand nombre de paramètres à des fins d'optimisation de procédé d'assemblage impliquant les polymères. Les premières investigations ont montré qu'il s'agissait d'un problème thermo-mécanique complexe où toutes les composantes de déformation des matériaux polymères sont sollicitées : élastique, visqueuse, plastique et volumique. La démarche suivie est donc celle de l'approche locale de la rupture qui nécessite des observations fines des micro-mécanismes de déformation et d'endommagement suivies d'une modélisation par éléments finis s'inspirant de ces micro-mécanismes. Les données expérimentales se basent sur les variables mesurables à partir des essais mécaniques, enrichies par des observations en tomographie X. Cette technique non destructive révélant des images en 3D a permis de caractériser la morphologie et la distribution de la porosité en fond de filet. La prise en compte de cette porosité a été réalisée à l'aide d'un modèle issu de la mécanique des milieux poreux : le modèle de Gurson-Tvergaard-Needleman adapté aux matériaux polymères. Le modèle identifié a permis de construire un diagramme sur lequel peut s'appuyer le choix de la vitesse de rotation optimale du procédé de vissage-taraudage. Une alternative consistant en un assemblage de type vis polymère/écrou polymère a été également étudiée. Grâce à l'approche locale dont le critère de rupture est basé sur la porosité critique, le point faible de l'assemblage ainsi que sa tenue mécanique présumée à partir du niveau d'endommagement atteint en ce point ont pu être estimés. / The increasing use of polymers in engineering structures is promoted by the need to reduce both cycle/cost production and the weight of these structures. PSA Peugeot Citroën initiated research works to design the assembling process using metallic screwing/threading on polymers. It consists in directly taping the polymeric piece during the mounting operation by using self-threading metallic screw. The final objective of the work deals with the ability to numerically (finite element) model the screwing/threading operation. This numerical tool offers the possibility to perform a large campaign of study highlighting the sensitivity of the assembly procedure to a significant range of parameters. The first investigations showed that this problem consisted of complex thermo-mechanical loading for which all the deformation components of the polymeric material were involved: elastic, viscous, plastic and volumetric. The study was performed within the framework of the local approach to fracture, that required fine examinations of the micro-mechanisms of deformation and damage within the polymer. The experimental database were composed of measurable variables obtained from mechanical tests together with a comprehensive X-ray tomographic inspections. This latter non destructive technique revealing 3D images of the deformed microstructure allowed for characterization of the morphology and the distribution of voids within the polymer in the vicinity of the crest. To account for void volume fraction, a model from the mechanics of porous media was utilized: the Gurson-Tvergaard-Needleman model, modified for polymeric materials studies. The present model allowed for a construction of a failure assessment diagram that would permit to optimize the screwing rotation speed of the screwing-tapping process. An alternative solution consisting of an assembly composed of polymeric screw and polymeric nut was additionally investigated. Thanks to the local approach of fracture criterion based on the critical porosity, the weakest point of the assembly as well as its mechanical residual strength were estimated.

Le fonctionnement à haute température de certains composants des centrales nucléaires, provoque une dégradation de leurs propriétés à rupture. Cette dégradation provient essentiellement de l'activation de phénomènes thermodynamiques qui entraînent la ségrégation d'éléments aux joints des grains. L'objectif de ce travail est de proposer une modélisation multi-échelle permettant de relier la cinétique de cette ségrégation à l'évolution des propriétés à rupture du matériau. / The use of some PWR components at a relatively high temperature generates a drop of their fracture properties. This embrittlement is generally attributed to the segregation of some impurities at grains boundaries. This work aims at correlating the kinetics of this segregation to the embrittlement kinetics through a multi-scale approach, combining thermodynamical and micro-mechanical analysis.