Au cours de processus thermomécaniques engendrant une transformation de phase dans les aciers, une déformation plastique importante peut se produire sous l’effet d’une contrainte appliquée, même si celle-ci est plus faible que la limite d’élasticité de la phase la plus molle. Ce phénomène s’appelle plasticité de transformation ou TRansformation Induced Plasticity (TRIP), et peut jouer un rôle important sur le contrôle des procédés de transformation industriels. Par exemple, au cours du refroidissement par trempe de produits semi-finis ou finis (plaques, tôles, roues, ...), ce phénomène peut affecter la planéité des produits plats et engendrer des contraintes résiduelles qui vont affecter la qualité finale de produits finis. Il s’avère donc important de prévoir cette plasticité de transformation induite par un chargement thermomécanique donné. Dans cette thèse, un modèle micromécanique de plasticité cristalline avec transformation de phase a été développé. Il s’appuie sur l’utilisation de la transformée de Fourier rapide (TFR) développée pour des milieux périodiques. L’expansion volumique induite par une transformation de phase de type diffusive (« Greewood-Johnson effet ») est prise en compte dans le modèle afin d’estimer la plasticité de transformation et le comportement mécanique pendant la transformation de phase. Les résultats obtenus par TFR ont confirmé l’existence d’une relation linéaire entre contrainte appliquée et déformation plastique induite par la transformation, lorsque la contrainte appliquée faible (c’est-à-dire inférieure à la moitié de la limite d’élasticité de la phase la plus molle). Lorsque la contrainte appliquée est plus élevée, le modèle prévoit que cette relation linéaire n’est plus valable, même si la déformation plastique de transformation augmente toujours avec la contrainte ; ceci est bon accord avec des observations expérimentales. L’interaction entre paramètres microstructuraux (tels que texture, morphologie et taille de grains, ...) et mécaniques (contrainte de rappel, sensibilité à la vitesse de déformation, ...) a été analysée. Il a été montré que tous ces paramètres doivent être pris en compte dans l’estimation de la plasticité de transformation. L’effet de l’écrouissage cinématique de la phase mère sur l’anisotropie de déformation induite a égalament été discuté. Par ailleurs, les résultats numériques obtenus par TFR ont été comparés à des résultats issus de modèles analytiques existants et à des mesures expérimentales. Compte tenu du bon accord entre résultats numériques et expérimentaux, les résultats obtenus par TFR ont servi référence pour améliorer les modèles analytiques existants ; ces nouveaux modèles simplifiés s’avèrent plus précis que ceux proposés auparavant. / During phase transformation in steels, when stress is applied, significant large strain can be observed even though the applied stress is much smaller than the yield stress of the softest phase. The phenomenon is called Transformation Plasticity or TRansformation Induced Plasticity (TRIP). Transformation plasticity is known to play an important role during steel producing processes. For example, during quenching process of plates, sheets, wheels and gear products, the phenomenon affects their shape and residual stresses which determines the quality of products. In this PhD thesis, a micromechanical model of crystal plasticity with phase transformation is developed. It takes advantage of the fast Fourier transform (FFT) numerical scheme for periodic media. Volume expansion along with phase transformation (Greenwood-Johnson effect) is taken into account in the model in order to evaluate the transformation plasticity and mechanical behaviour during phase transformation. The FFT results confirm linear relation between applied stress and transformation plastic strain, if the applied stress does not exceed a half the value of yield stress of the parent phase. For relatively large applied stresses, transformation plastic strain increases nonlinearly with respect to the applied stress. These results agree well with experimental ones. The metallurgical and mechanical interactions during phase transformation are also analysed, such as texture, grain morphology, grain size, back stress effect and viscoplastic deformation effect. It is shown that they cannot be neglected for estimating transformation plasticity. Among others, the role of kinematic hardening of the parent phase on the resulting strain anisotropy is discussed. Finally, the FFT numerical results have been compared with existing analytical models as well as experimental results. Moreover, these FFT computations have been used as references to develop new approximate analytical models. They are shown to improve on previous proposals. These new models were confirmed that they estimate well the transformation plasticity than other analytical models which have been treated in this PhD thesis.

Les pieds d'aubes de soufflantes de turboréacteurs font face à des sollicitations de type fretting. Il en résulte deux types d'endommagements: (i) l'amorçage et la propagation de fissures, (ii) l'usure des surfaces en contact. OBJECTIF: Afin de fournir les outils permettant de répondre à la problématique industrielle, une méthode semi-analytique permettant de traiter des problèmes de contacts élasto-plastiques revêtus et/ou hétérogènes est développé à partir d'éléments existants et de solutions analytiques et numériques novatrices. METHODE: La structure est simplifiée en supposant un contact entre deux massifs élastiques semi-infinis. Des solutions analytiques donnant pour: + les contributions élémentaires de chargements normaux et tangentiels constants sur une surface rectangulaire + les contributions élémentaires de déformations plastiques supposées constantes sur un volume parallélépipédique + les contributions élémentaires de déformations d'incompatibilité liées à un problème hétérogène (inclusions, revêtements, endommagement,...) supposées constantes sur un volume parallélépipédique. >> les déplacements en surface ou les contraintes dans le volume. Les déplacements en surface ou les contraintes dans le volume sont alors exprimés en utilisant des produits de convolution discrets entre des coefficients d'influence et la source surfacique (chargements en surface) ou volumique (déformations plastiques ou d'incompatibilité). Le problème normal et le problème tangentiel en glissement total ou en glissement partiel peuvent alors être résolus, en prenant en compte les effets plastiques et hétérogènes. L'algorithme d'optimisation sous contrainte utilisé (contact elastique) est celui développé par L.Gallego tandis que la base du solver plastique utilisé a été développé par C. Jacq (contact elasto-plastique sans frottement) RESULTATS: De nouvelles solutions analytiques sont obtenues pour le calcul des déplacements résiduels tangentiels.

Cette étude, inscrite dans le Programme National de Recherche NOREV (Nouveaux REfractaires Verriers), porte sur la simulation numérique par éléments finis du refroidissement post-coulée de réfractaires électrofondus à très haute teneur en zircone (THTZ). Un modèle numérique thermique du refroidissement d'une dalle a été développé, à partir de mesures thermiques réalisées dans un moule lors d'une coulée en usine. Ce calcul a permis de situer dans le temps, pour les différents points de la dalle, les phénomènes intervenant au cours du refroidissement : solidification, fluage et transformation de la zircone. Des essais mécaniques isothermes et anisothermes ont permis de définir les équations constitutives du comportement en fluage (écrouissage isotrope) et lors de la transformation de phase de la zircone (modèle de plasticité de transformation de Leblond). A partir des chargements thermiques, les contraintes générées au cours du refroidissement ont été calculées, ainsi que les contraintes résiduelles après retour à température ambiante. La transformation de phase de la zircone, qui induit un gonflement volumique de 4%, semble s'avérer être le phénomène physique le plus critique pour ces deux types de contraintes. Les études paramétriques réalisées ont prouvé l'intérêt du modèle numérique en tant qu'outil d'aide à l'amélioration du procédé en jouant sur les propriétés de divers paramètres : propriétés du matériau coulé, géométrie du moule, propriétés de ses constituants,...

Ce travail est une contribution à l'étude des conséquences mécaniques des transformations de phase à l'état solide dans les aciers, en particulier la plasticité de transformation (TRIP), en prenant en compte l'effet de la taille de grain austénitique (AGS). L'évolution de l'AGS a été étudiée sous différentes conditions d'austénitisation. Des essais de plasticité de transformation ont été conduits avec les mêmes conditions d'austénitisation afin d'observer l'évolution du TRIP avec l'AGS. Trois types de chargement mécanique sont considérés : la traction uniaxiale, la torsion uniaxiale et le cas biaxial de traction + torsion. Les résultats montrent que : i) le TRIP augmente avec l'AGS dans le cas de la traction ; ii) il est indépendant de l'AGS pour la torsion; iii) pour le cas du changement biaxial, le TRIP diminue légèrement. Ceci montre que les modèles décrivant le TRIP doivent être revus afin de prendre en compte l'AGS. / This work is a contribution to the study of mechanical consequences of solid-solid state phase transformations in steels, particularly the Transformation Induced Plasticity (TRIP), and the effect of the Austenite Grain Size (AGS). The evolution of AGS was studied taking into account different austenitization conditions. Then, TRIP tests were carried out with the same conditions to observe the evolution of TRIP with AGS. Three types of loading are considered: the uniaxial tension case, torsion case and biaxial tension and torsion case. The resuslts show that: i)the TRIP increase with AGS in the tensile case. ii) It is independant for the torsion case. iii) For the biaxial loading case, the TRIP decreases slightly. This shows that the micromechanical models describing the TRIP should be reviewed to take account of the AGS.

Ce travail est une contribution à l'étude des conséquences mécaniques des transformations de phase à l'état solide dans les aciers, en particulier la plasticité de transformation (TRIP), en prenant en compte l'effet de la taille de grain austénitique (AGS). L'évolution de l'AGS a été étudiée sous différentes conditions d'austénitisation. Des essais de plasticité de transformation ont été conduits avec les mêmes conditions d'austénitisation afin d'observer l'évolution du TRIP avec l'AGS. Trois types de chargement mécanique sont considérés : la traction uniaxiale, la torsion uniaxiale et le cas biaxial de traction + torsion. Les résultats montrent que : i) le TRIP augmente avec l'AGS dans le cas de la traction ; ii) il est indépendant de l'AGS pour la torsion; iii) pour le cas du changement biaxial, le TRIP diminue légèrement. Ceci montre que les modèles décrivant le TRIP doivent être revus afin de prendre en compte l'AGS.

Les pieds d’aubes de soufflantes de turboréacteurs font face à des sollicitations de type fretting. Il en résulte deux types d'endommagements: (i) l'amorçage et la propagation de fissures, (ii) l'usure des surfaces en contact. OBJECTIF: Afin de fournir les outils permettant de répondre à la problématique industrielle, une méthode semi-analytique permettant de traiter des problèmes de contacts élasto-plastiques revêtus et/ou hétérogènes est développé à partir d'éléments existants et de solutions analytiques et numériques novatrices. METHODE: La structure est simplifiée en supposant un contact entre deux massifs élastiques semi-infinis. Des solutions analytiques donnant pour: + les contributions élémentaires de chargements normaux et tangentiels constants sur une surface rectangulaire + les contributions élémentaires de déformations plastiques supposées constantes sur un volume parallélépipédique + les contributions élémentaires de déformations d’incompatibilité liées à un problème hétérogène (inclusions, revêtements, endommagement,...) supposées constantes sur un volume parallélépipédique. >> les déplacements en surface ou les contraintes dans le volume. Les déplacements en surface ou les contraintes dans le volume sont alors exprimés en utilisant des produits de convolution discrets entre des coefficients d'influence et la source surfacique (chargements en surface) ou volumique (déformations plastiques ou d'incompatibilité). Le problème normal et le problème tangentiel en glissement total ou en glissement partiel peuvent alors être résolus, en prenant en compte les effets plastiques et hétérogènes. L'algorithme d'optimisation sous contrainte utilisé (contact elastique) est celui développé par L.Gallego tandis que la base du solver plastique utilisé a été développé par C. Jacq (contact elasto-plastique sans frottement) RESULTATS: De nouvelles solutions analytiques sont obtenues pour le calcul des déplacements résiduels tangentiels. / Fan blade roots of jet engines are operating under fretting sollicitations. This results in two types of damage: (i) initiation and crack propagation, and (ii) wear of contact surfaces. OBJECTIVE: A semi-analytical method has been developed in order to solve the industrial problem. This method is fast-computing and able to deal with elastic-plastic coated contacts and / or heterogeneous, and has bee developed from existing items and innovative analytical and numerical solutions. METHOD: The structure is simplified by assuming two semi-infinite elastic solid in contact, and analytical solutions for: + Contributions of elementary normal and tangential loads constant over a rectangular area + Contributions of elementary plastic strains constant on a parallelepiped + Contributions basic incompatibility of deformations related to a heterogeneous (inclusions, coatings, damage ,...) constant on a parallelepiped. >> on surface displacements and stresses in the volume. Surface displacements and stresses in the volume are then expressed using discrete convolution products (2D or 3D-FFT) between the coefficients of influence and the surfacic (loading surface) or volumic (plastic deformation or inconsistency) source. The normal and tangential problems in both the gross-slip and stick-slip regime can be solved, taking into account the effect of plasticity and heterogeneities. The contact algorithm used (elastic contact) has been developed by L. Gallego while the base of the plastic solver has been developed by C. Jacq (frictionless elastic-plastic contact) RESULTS: New analytical solutions are given for calculating the residual tangential displacements.