Les thermoplastiques renforcés par des fibres de verre courtes sont devenus d’une large utilisation dans le secteur automobile. Toutefois les conditions opératoires de ces matériaux exigent un dimensionnement contrôlé pour éviter l’endommagement précoce. Dans ce contexte, les concepteurs se fient aux simulations numériques intégratives pour tenir compte des effets locaux de la microstructure telle que l’orientation des fibres. Cependant, les résultats numériques ne sont pas toujours en bon accord avec les mesures expérimentales surtout dans les endroits où la microstructure présente de fortes hétérogénéités à différentes échelles. Celles-ci correspondent d’une part à des distributions complexes d’orientation et de densité des fibres et d’autre part à la présence de défauts microstructuraux telles que des lignes de soudure ou des porosités micrométriques. Ces défauts sont difficiles à intégrer dans les simulations numériques basées sur les approches intégratives. Ce travail de thèse présente deux contributions principales. La première consiste à caractériser l’influence des hétérogénéités à une échelle micrométrique au voisinage de zones critiques sur les propriétés macroscopiques. Les cas d’applications considérés concernent des éprouvettes structures en polyamide 66 renforcé à 35% en masse par des fibres de verre courtes. La deuxième contribution consiste à évaluer l’effet de l’orientation des fibres et du conditionnement en humidité sur les mécanismes d’endommagement et leurs lois d’évolution. L’objectif est de formuler un modèle d’endommagement micromécanique à trois phases qui permet de prédire les sites d’apparition de fissures et de simuler leurs propagations. / Short glass fibre reinforced thermoplastic composites have become widely used in the automotive sector. However, the operating conditions of these materials require accurate design modelling to prevent premature damage. In this context, designers rely on integrative computer simulations to consider the local microstructural effects induced by fibre orientations. However, the numerical results are not always in good agreement with the experimental measurements especially in places where the microstructure shows strong heterogeneity at different length scales. These heterogeneities correspond firstly to complex orientation and density distributions of fibres and secondly to the presence of microstructural defects such as weld lines or micrometric pores. These defects are difficult to integrate into the numerical simulations based on integrative approaches. This thesis presents two main contributions. The first is to characterize the influence of heterogeneities in a micrometric scale on the macroscopic properties in the vicinity of critical areas. The considered cases of application concern structural testing samples of polyamide 66 reinforced with 35% by weight of short glass fibres. The second contribution is to evaluate the effect of the fibre orientation and humidity conditioning level on damage mechanisms of damage and their evolution laws. The objective is to formulate a three-phase micromechanical damage model for predicting the cracking sites and simulate their propagation.

La bifurcation et la propagation de fissure dans un matériau élasto-plastique sous chargement en mode mixte avec la présence de contraintes résiduelles sont etudiées numériquement et expérimentalement. En combinant les essais expérimentaux et les simulations numériques, nous développons une procédure pour prévoir, sous conditions statiques, le début de propagation, le type de rupture, et le trajet de fissuration dans un matériau ductile. De nombreux essais expérimentaux sont effectués sur les éprouvettes en alliage d'aluminium et en acier contenant une fissure en mode mixte . Un modèle de propagation de fissure est proposé. Il permet d'evaluer la vitesse de propagation de fissure en mode mixte avec la présence de contraintes résiduelles de soudage. Dans ce modèle, l'influence du taux de mixité et l'inflence des contraintes résiduelles de soudage sont prises en compte.

Ce travail présente une série d’études concernant différents aspects de la technologie de soudage du bois. Les objectifs de la thèse sont les suivants. Déterminer la composition chimique et le comportement du matériau soudé par rapport à l’eau. Déterminer des relations possibles entre la composition chimique de la matière soudée et les propriétés mécaniques. Étudier des méthodes capables d’améliorer la performance mécanique et la résistance à l’eau du joint soudé. Déterminer l’influence des paramètres de soudage dans l’anatomie, la composition chimique et les propriétés mécaniques du joint soudé. Le premier chapitre présente une introduction. Le deuxième présente l’état de l’art dans le domaine du bois et du soudage par friction. Le troisième chapitre décrit des résultats. Ce chapitre est composé de deux parties, une première concernant la compréhension des aspects chimiques, anatomiques et son lien avec les propriétés mécaniques du bois soudé et une deuxième partie concernant les améliorations de la résistance mécanique et de la résistance à l’eau du bois soudé. Dans le premier groupe de résultats trois études sont présentées. Une première étude pour comprendre la composition chimique et la solubilité dans l’eau de la matière soudée pour le hêtre et l’épicéa, ceci pour des temps de soudage progressifs. Dans cette étude les composants du matériau soudé ainsi que les composants de dégradation solubles dans l’eau sont identifiés et quantifiés. Une deuxième étude montre les caractéristiques topo-chimiques des sections transversales du bois soudé. Ici, la modification de la lignine dans la zone soudée et dans les fibres environnantes est établie. La troisième étude établit des corrélations obtenues entre la composition chimique du bois soudé et les propriétés mécaniques. Dans le deuxième groupe de résultats trois études sont exposées. Une première montre le changement de la résistance au cisaillement du joint soudé par la densification du bois avant le soudage. Les deuxième et troisième études comprennent l’utilisation d’additifs pour l’amélioration de la résistance à l’eau des joints soudés. Le deuxième concerne le soudage linéaire et le troisième le soudage rotatif par tourillons. Pour finir, les conclusions et perspectives sont présentées dans le chapitre quatre de ce travail / This work presents a series of studies on various aspects of the welding technology of wood. The objectives of this thesis are as follows. To determine the chemical composition and the behavior of the welded joint into water. To determine possible relationships between the chemical composition and mechanical properties of the welded material. To study methods capable of improving the mechanical strength and the water resistance of the welded joints. To determine the influence of welding parameters in the anatomy, chemical composition and mechanical properties of the welded joints. The first chapter presents an introduction. The second chapter shows the state of the art in the field of wood and friction welding. The third chapter describes the results and is divided in two parts. The first one is related to the comprehension of the chemical and anatomical aspects and its relation with the mechanical properties of the welded joint and the second part covers the improvements in the mechanical resistance and in the water resistance of the welded joints. In the first group of results three studies are included; the first one presents the chemical composition and solubility in water of the welded beech and spruce material at progressive welding time. In this study the components of the welded material and the degradation products of welded wood soluble in water are determined and quantified. The second work shows a topo-chemical study of cross sections of welded wood. Here, the modification of the lignin in the welding zone and the surrounding fibers is established. The third study establishes correlations between the chemical composition and mechanical properties of the welded joint. The second part of the results includes three studies; the first one describes the changes in the shear strength of the welded wood joints by wood densification before welding. In the second and third studies the use of additives in order to improve the water resistance of the welded joints is described. The second study deals with linear friction welding and the third one with rotational wood dowel friction welding. Finally, conclusions and perspectives are presented in the fourth chapter

Ces travaux de thèse accompagnent le développement de nouvelles architectures d’interrupteurs monolithiques bidirectionnels en courant et en tension. L’une des voies technologiques proposées consiste à contrôler les propriétés électriques de l’interface de soudure Si-Si. Nous avons mis en évidence la nature complexe de l’activité électrique de l’interface avec l’existence d’un continuum d’états d’énergie au caractère recombinant. L’intégration d’une telle brique technologique nécessite alors la maîtrise de la passivation/décoration de l’interface par diffusion d’impuretés. La passivation des états d’interfaces par hydrogénation a montré une amélioration des propriétés électriques globales de l’interface de soudure avec une réduction de la dispersion des paramètres électriques. Une contamination contrôlée par diffusion de platine, nous a permis d’obtenir une désactivation, voire une compensation, du phosphore à l’interface, accompagnée d’une disparition des niveaux profonds. / 1-lydrophobic silicon direct wafer bonding is an interesting way to realize new devices, espccia1lhen it could substitutc for double-side lithography or give access tu buried layers during process. This study goes with the design of a monolithic switch bidirectional in current and voltage for household appliances. We investigate the electrical properties of hydrophobic silicon wafer bonded interface. We have shown the interface is composed of several electronic defects, due to lattice deformations and residual contaminations, generating deep levels with recombinant properties. Finally, this study is focused on its electrical characterization and how to control its electrical activity. Hydrogenation and platinum diffusion are performed at Iow temperature and underline the possibility to restore the phosphorus biilk doping level. Therefore, an appropriate thermal treatment could be used to passivate a bonded interface without any bulk contamination.

Les travaux que nous présentons dans cette thèse s'inscrivent dans le cadre des études portant sur le dimensionnement à la fatigue des structures soudées par laser. Ces études sont les résultats d'une collaboration entre PSA Peugeot Citroën et le Laboratoire de Mécanique des Solides de l'école Polytechnique. La technique de soudage par laser devient une méthode d'assemblage de plus en plus utilisée par les constructeurs automobiles, navals, ferroviaires, etc. Elle permet de réaliser des assemblages en utilisant une source laser de forte puissance, donnant des cordons continus plus profonds et de plus faible largeur par rapport à d'autres techniques. Elle améliore donc le temps de soudage, la qualité, les propriétés mécaniques des soudures, et réduit le coût de production et le poids des véhicules. La première partie de cette thèse consiste d'une part à analyser l'influence de certains paramètres du procédé sur la tenue en service des structures soudées par laser, d'autre part en une étude bibliographique sur les méthodes actuelles de dimensionnement des structures soudées. Les limitations de ces dernières ont mis en évidence la nécessité d'une nouvelle méthode pour les structures soudées par laser. La méthodologie proposée s'appuie sur la démarche initiée par Fayard, Bignonnet et Dang Van. Elle se fonde sur la recherche d'un volume élémentaire représentatif et d'une contrainte de dimensionnement déterminée à partir des contraintes moyennées sur ce volume. La contrainte de dimensionnement est utilisée pour estimer la durée de vie à l'amorçage des fissures de fatigue dans les structures soumises à des sollicitations multiaxiales. Pratiquement, dans un calcul d'éléments finis, cette contrainte est déterminée au point critique en utilisant une règle de maillage précise. La deuxième partie de la thèse a pour l'objectif de donner une méthode numérique qui d'une part facilite la mise en oeuvre de la règle de maillage proposée pour les calculs, d'autre part permet la multi-utilisation d'un seul maillage pour des calculs de fatigue et de vibration-acoustique. La solution adoptée est la méthode de calcul multi-échelle Arlequin. Cette dernière permet de calculer les structures modélisées par deux maillages de différentes échelles superposés. Elle présente la facilité d'implémentation et d'utilisation ainsi que la flexibilité, et la possibilité d'automatisation dans la modélisation des structures soudées. Nous présentons dans cette thèse une méthode d'implémentation de la méthode Arlequin dans la plate-forme du code de calcul Abaqus en utilisant des éléments créés par l'utilisateur (User Element). Sa validité est montrée par des calculs en fatigue réalisés sur des sous-structures.

Le chapitre 9 de L'Eurocode 3 est le moyen le plus utilisé par les ingénieurs pour prédire la durée de vie des joints soudés, mais ce code ne donne qu'une seule courbe de résistance en fatigue pour chaque type de joint soudé, quel que soit l'acier utilisé. La résistance à la fatigue des assemblages soudés est particulièrement sensible à la géométrie du cordon déposé, ainsi qu'aux champs de contraintes introduits, soit par le procédé de soudage, soit par les défauts microscopiques inclus dans le soudage. Nous avons donc besoin d'une méthode locale telle la méthode volumétrique, qui a donné de bons résultats en fatigue, pour déterminer la contrainte effective dans la zone plastifiée à côté du cordon de soudure. Une étude numérique est réalisée sur un caisson soudé. La distribution et le gradient de contrainte permettent de calculer la contrainte effective. Les résultats numériques, comparés aux résultats expérimentaux, ont validé la méthode volumétrique sur ce type de structures soudées / The Chapter 9 of Eurocode 3 is one of the most widely adapted codes for fatigue life prediction of welded joints, the drawback of this code being the single curve fatigue strength for each type of welded joint produced regardless of the type of steel used. The fatigue strength of welded joints is particularly sensitive to the geometry of the weld bead and the stress fields which could potentially be introduced by the welding process or by other microscopic defects introduced by the welding. In this study the volumetric method, which has proven its validity in the study of fatigue, has been used to determine the effective stress in the plastic zone near the weld bead. Numerical simulations have been performed on a welded box to determine the stress distribution and gradient which would allow proper calculation of the effective stress. Both numerical simulations and experimental results support the validity of the volumetric method for such type of welded structures

Ce travail de thèse s'inscrit dans le contexte de la sûreté nucléaire, et plus précisément, de l'intégrité des circuits secondaires des Réacteurs à eau pressurisée (REP). L'étude porte donc sur le comportement à rupture de structures minces soudées dans le domaine haut de la transition fragile/ductile. Elle a pour objectif de développer le modèle en contrainte seuil initialement développé par Chapuliot, qui permet de prédire la non-rupture par clivage de cette structure soudée. Le modèle est identifié pour la soudure de l'acier au C-Mn de construction nucléaire, en s'intéressant plus particulièrement à la limite supérieure du domaine de transition.Une contrainte seuil, en-dessous de laquelle le clivage ne peut avoir lieu, est identifiée à partir d'essais de traction à basses températures sur éprouvettes axisymétriques entaillées prélevées dans le joint soudé. Cette contrainte seuil permet de définir le volume seuil, ou volume dans lequel les contraintes principales maximales dépassent la contrainte seuil au cours de l'essai.L'analyse au MEB des faciès des éprouvettes rompues montre que la zone fondue brute de solidification dans la ZAT est la zone la plus susceptible de cliver. La relation entre la probabilité de rupture fragile et le volume seuil dans cette zone est établie via une fonction de sensibilité, grâce à des essais sur éprouvettes CT et à leur simulation multi-matériaux. Le modèle ainsi identifié est testé pour prévoir la non rupture par clivage d'éprouvettes SENT prélevées dans le joint soudé et sollicitées en traction. Les résultats obtenus sont encourageants relativement à la transférabilité du modèle à la structure réelle

Les convertisseurs d'électronique de puissance sont de plus en plus compacts. Les pertes générées dans les différents composants restent sensiblement constantes, voire croissantes, pourune puissance donnée, car l'augmentation des fréquences de travail 'est pénalisante à ce niveau. Les puissances volumiques à évacuer sont donc en augmentation et nécessitent la conception de· refroidisseurs plus efficaces. Les meilleures performances sont actuellement obtenues par des refroidisseurs en cuivre à microcanaux parcourus par un fluide caloporteur. Afin.de limiter les problèmes de fatigue thermique, due à la présence de différents matériaux, et d'augmenter la compacité, nous présentons dans cette thèse une démarche visant à réaliser des refroidisseurs à microcanaux en technologie silicium. Après avoir rappelé une méthode de calcul des pertes et les lois de la thermique et de l'hydraulique, nous présenterons les avantages attendus par notre approche; puis nous décrirons les technologies disponibles et celles retenues pour la réalisation de prototypes. Les deux derniers chapitres sont consacrés aux simulations des dispositifs comparées aux résultats expérimentaux, ainsi qu'à une recherche de conception optimale.

Le soudage par faisceau d'électrons d'alliages à durcissement structural de la série 7xxx induit des modifications importantes de leur microstructure, et par conséquent de leur comportement mécanique. Cette étude visait à formuler une loi de comportement incluant l'endommagement de structures soudées par une approche locale de la rupture. Pour cela, la microstructure de la soudure et les propriétés mécaniques résultantes sont caractérisées. Le lien est fait entre la distribution de précipités fins et les propriétés plastiques, ainsi qu'entre la précipitation grossière et les micromécanismes d'endommagement. Le modèle aux éléments finis proposé prend en compte le comportement plastique des différentes zones et reproduit le comportement en endommagement de la zone fondue, qui constitue le maillon faible de la structure à cause de l'évaporation d'éléments d'alliages durant le soudage. Ce modèle a été validé dans une gamme étendue de sollicitations mécaniques (géométrie, entaille).

Dans le but de réduire les coûts de transport du gaz, il est prévu d'augmenter les pressions de service des pipelines. Pour ce faire, des aciers à haute limite d'élasticité ferrito-bainitiques, type X100 (limite d'élasticité supérieure à 100 ksi, soit 690 MPa), ont été développé. Les propriétés à froid des soudures de raboutage réalisées par un procédé MAG automatique sont vérifiées par des essais mécaniques. Des essais Charpy ont montré que lorsque l'entaille est centrée en ligne de fusion, l'énergie de rupture à -20 °C est inférieure à 40 Joules. La zone fragile se situe dans la zone affectée thermiquement à gros grains. Les deux ZAT, trop petites pour être testées individuellement, sont reproduites à l'aide d'une machine Gleeble. Une procédure spécifique pour l'identification des lois de comportement mécanique est mise en place pour les éprouvettes de ZAT simulée, afin de tenir compte des hétérogénéités métallurgiques de ces éprouvettes. Des essais de traction sur éprouvettes lisses et entaillées, des essais de flexion en quasistatique et des essais Charpy sont réalisés entre -196 et 20 °C. Cette base expérimentale est utilisée pour caler les équations constitutives du modèle du matériau qui sont utilisées dans un code par éléments finis pour prédire la rupture de la soudure. Les résultats obtenus par l'approche locale sont comparés à ceux obtenus par les règles de dimensionnement usuellement utilisées par les exploitants (Failure Assessment Diagrams).