Dans le cadre de cette thèse, nous nous sommes intéressés à la caractérisation des mécanismes de déformation et de leurs interactions pour un zinc polycristallin pur, sous les conditions de chargement complexe et local qui caractérisent l'essai de nanoindentation. En effet, l'interaction des différents mécanismes mis en jeu a généralement été étudiée sur la base de sollicitations dites simples, telles que les essais de traction uniaxiale, biaxiale… Sous l'action d'un chargement uniforme, la prépondérance d'un système particulier sera conditionnée par l'orientation du cristal et par le sens du chargement par rapport à l'axe sénaire. La situation peut être rendue plus complexe dans le cas d'un chargement non simple, comme c'est le cas de l'essai d'indentation. Nous avons réalisé des essais de nanoindentation sur des grains de différentes orientations cristallographiques (mesurées par EBSD), et les résultats obtenus en termes de courbes "charge-profondeur de pénétration" et topographie des empreintes résiduelles ont été analysés. La complexité de l'état de contrainte qui se développe dans le matériau dépend des caractéristiques géométriques de l'indenteur et des orientations cristallographiques en présence, ce qui peut donner lieu à diverses interactions entre les modes de déformation. Ces interactions impacteront directement l'écoulement plastique local du matériau, et par voie de conséquence les propriétés mécaniques macroscopiques du matériau. En adoptant une loi de comportement en plasticité cristalline, nous avons ensuite procédé à la détermination des cissions résolues critiques et des paramètres d'écrouissage pour les différents mécanismes observés. Cette détermination s'est basée sur la résolution d'un problème inverse, au cours duquel nous avons couplé la simulation numérique 3D de l'essai de nanoindentation à l'identification des paramètres de la loi de comportement au moyen d'algorithmes génétiques. La confrontation des résultats expérimentaux et numériques en termes de courbes "charge-profondeur de pénétration" et profils de déformation montrent la bonne adéquation entre les données expérimentales et le modèle identifié. Les résultats obtenus ont ainsi permis de caractériser les mécanismes de déformation observés, et de proposer des perspectives à ce travail. / Within the scope of this thesis, we focused on the characterization of deformation mechanisms and their interactions for pure polycrystalline zinc under complex and local loading conditions such that those involved in a nanoindentation test. Indeed, the interaction between the different mechanisms involved has generally been studied on the basis of so-called simple tests, such as uniaxial or biaxial tensile tests ... Given uniform loading conditions, the predominance of a given deformation system depends on the crystal orientation and the loading direction relative to the crystal c-axis. The situation may be further complicated in case of a complex stress state, as it is the case of the indentation test. We performed nanoindentation tests on grains of different crystallographic orientations (measured by EBSD) and the results (curves "load-penetration depth" and topography of residual imprints) were analyzed. The complexity of the stress state that develops underneath the indenter depends on both the geometrical characteristics of the latter and the crystallographic orientations of the grains, which can give rise to different interactions between the deformation modes. Those interactions will directly affect the local plastic flow, and thus the mechanical properties of the macroscopic material.By using a crystal plasticity model, we have then determined the critical resolved shear stresses and hardening parameters for the observed deformation mechanisms. This determination is based on the solution of an inverse problem, in which we have coupled 3D numerical simulations of the nanoindentation test to genetic algorithms to solve an optimization problem. Comparison between experimental and numerical results in terms of "load-penetration depth" curves and penetration depth profiles show a good agreement between the experimental data and the identified model. The results enabled to characterize the observed deformation mechanisms, and to provide perspectives to this work.

Les aubes des turbines à haute pression des réacteurs d'avion subissent des chargements complexes dans un environnement réactif. Prédire leur durée de vie peut nécessiter une approche en tolérance aux dommages, basée sur la prédiction de la propagation d'une fissure supposée. Mais cette approche est confrontée au comportement non linéaire sous des chargements à amplitudes variables et au coût énorme des calculs elasto-plastiques des structures 3D complexes sur des millions des cycles. Dans ce cadre, un modèle incrémental de fissuration a été proposé. Ce modèle est basé sur la plasticité comme mécanisme principal de propagation de fissure par fatigue pure. Cette modélisation passe par une réduction de modèle de type POD. La plasticité en pointe de la fissure est alors modélisée par un nombre réduit de variables non locales et des variables internes. Un ensemble d'hypothèses doit être respecté pour garantir la validité de cette modélisation. Pour décliner ce modèle dans le cas d'un matériau anisotrope représentatif du comportement des monocristaux, une première étude a été faite sur le cas d'une élasticité cubique avec de la plasticité de Von-Mises. Une stratégie a été proposée pour identifier un modèle matériau basé sur les facteurs d'intensité non locaux. Cette stratégie comporte une détermination de la fonction critère basée sur les solutions élastiques en anisotrope. L'étude des directions d'écoulement plastique avec les variables non locales montre une forte dépendance à l'anisotropie élastique du modèle même avec une plasticité associée de Von-Mises. La stratégie comporte également une identification des variables internes.Dans la deuxième partie, le problème d'une fissure avec un modèle de plasticité cristalline a été traité. L'activation de différents systèmes de glissement a été alors prise en compte dans la modélisation. Finalement, différentes méthodologies ont été explorées en vue de transposer le modèle local de plasticité cristalline à l'échelle non locale de la région en pointe de la fissure. / The fatigue life prediction of high pressure turbine blades may require a damage tolerance approach based on the study of possible crack propagation. The nonlinear behavior of the material under complex nonproportional loadings and the high cost of running long and expensive elastic-plastic FE computations on complex 3D structures over millions of cycles are some major issues that may encounter this type of approach.Within this context, an incremental model was proposed based on plasticity as a main mechanism for fatigue crack growth.A model reduction strategy using the Proper Orthogonal Decomposition (POD) was used to reduce the cost of FEA. Based on a set of hypotheses, the number of the degrees of freedom of the problem is reduced drastically. The plasticity at the crack tip is finally described by a set of empirical equations of few nonlocal variables and some internal variables.In order to apply this modeling strategy to the case of anisotropic materials that represent the behavior of single crystals, a first study was done with cubic elasticity and a Von-Mises plasticity. Elastic and plastic reference fields, required to reduce the model, were determined. Then, a material model of the near crack tip region was proposed based on nonlocal intensity factors. A yield criterion function was proposed based on Hoenig's asymptotic solutions for anisotropic materials. The study of plastic flow directions with the nonlocal variables of the model shows a strong dependency on the cubic elasticity. A strategy to identify internal variables is proposed as well. In the second part, a crystal plasticity model was implemented. The activation of different slip systems was taken into account in the model reduction strategy. A kinematic basis was constructed for each slip system. Finally, a strategy was proposed to transpose the local crystal plasticity model to the nonlocal scale of the crack.