En raison d’une combinaison de propriétés physiques, chimiques et mécaniques remarquables, les alliages de titane et de titane sont devenus des candidats prometteurs dans le domaine de l'industrie chimique, de l’aéronautique, de l'aérospatiale et des matériaux biomédicaux. Durant les procédures de fabrication ainsi qu’en service, les composants sont exposés à des environnements tels que la surface de ces composant seront exposées à l’hydrogène. Par conséquent, la compréhension de l’interaction de ces matériaux avec l'hydrogène lors de divers procédés de d’élaboration et de mise en forme est importante afin que leurs propriétés et leurs performances puissent être contrôlées et prédites de manière fiable. Dans le but d'améliorer les propriétés et les performances du titane et de réduire le coût de fabrication des produits en titane, le présent travail se concentre principalement sur les effets de l'hydrogène sur le laminage à froid et le phénomène de recristallisation de deux titanes caractérisés par une structure cristalline différente, c'est-à-dire une structure hexagonale et cubique cubique pour respectivement le titane de pureté commerciale Ti50A et l'alliage de titane β-métastable β-21S. Étant donné que la microstructure du titane et de ses alliages est le facteur contrôlant leurs propriétés et leurs performances, l'évolution microstructurale en présence d'hydrogène introduit par deux méthodes distinctes a été analysée par une combinaison de techniques expérimentales incluant DRX, SEM-EBSD et TEM. L'introduction de l'hydrogène dans le Ti50A par une méthode électrolytique a conduit à la précipitation de deux types d'hydrures (δ-TiHx, ε-TiH2) dans la matrice de phase , et il a été constaté que la fraction volumique de ces hydrures augmentait avec la durée du temps de chargement électrolytique. En raison du mode de formation par précipitation à partir des joints de grains, cinq relations d'orientation (OR) entre la -phase et l'hydrure δ-TiHx ont été déterminées par analyses des projections stéréographiques, et parmi celles-ci trois nouvelles relations d'orientation ont pu être mise en évidence. En outre, la corrélation entre la texture de laminage et la précipitation à l'hydrure a pu être établie. On a constaté que l'existence de la texture de de laminage facilitait la précipitation d'hydrure δ suivant l'orientation d’orientation de type OR2. Les analyses de rayons X révélaient un élargissement des pics de diffraction de la phase , ce qui indiquait une augmentation de la densité de dislocation, ces dislocations étant nécessaires pour tenir compte de l'inadéquation du réseau entre les hydrures et la matrice. Sur la surface d’échantillons déformés en compression, l'observation des traces de glissement et de macle de tension de type TT1 {10 2} < 011> dans les -grains contenant des hydrures a suggéré que les hydrures avaient une certaine capacité à supporter une déformation de cisaillement, en fonction des relations d'orientation entre la matrice et les hydrures mais aussi de leur épaisseur. Bien qu'aucune corrélation directe entre la nucléation des macles et la présence des hydrures n’ait été établie dans cette étude, l'effet des hydrures sur le développement des macles a été constaté. En étudiant l’effet de l'hydrogène sur le comportement au laminage à froid dans Ti50A, il a été possible de montrer que la formation de macle de type TT1 peut être facilitée par l'augmentation du rapport c/a de la maille hexagonale résultant de l’addition de l'hydrogène et de l'existence de contraintes locales générées par la précipitation des hydrures. Un raffinement de la microstructure a également été observé dans le Ti50A hydrogéné, ce qui suggère que la présence d'hydrures a tendance à générer de nouveaux grains de fortes désorientations (HAB). En outre, de nombreuses dislocations géométriquement nécessaires (GND) permettant de tenir compte de l'incompatibilité de contrainte entre l'hydrure et [...] / Due to an attractive combination of physical, chemical and mechanical properties, titanium and titanium alloys have become promising candidates in the field of chemical industry, aerospace and biomedical materials. During manufacturing procedures and applications, components are exposed to environments that can act as sources of hydrogen. Therefore, understanding their interaction with hydrogen upon various mechanical/thermal processing is important so that their properties and performance can be controlled and reliably predicted. With the aim of enhancing the properties and performance of titanium and reducing the cost of manufacturing products, the present work is primarily focusing on the effect of hydrogen on the cold rolling behavior and the subsequent annealing of titanium and titanium alloy characterized by different crystalline structure, i.e. hexagonal and body cubic centered (bcc) structure for the commercial pure titanium Ti50A and metastable β-titanium alloy β-21S, respectively. Since the microstructure of titanium and its alloys is the governing factor that determines their properties and performance, the microstructural evolution in the presence of hydrogen upon various procedures was analyzed by combination of XRD, SEM-EBSD and TEM. The introduction of hydrogen in Ti50A by electrolytic method induced the precipitation of two types of hydrides (δ-TiHx, ε-TiH2) in the  phase matrix, and it was found that the volume fraction of these hydrides increased as the charging time increased. Five orientation relationships (ORs), three of them being new orientation relationships ever reported, between the -phase and the hydride δ-TiHx were determined. Moreover, the correlation between the rolling texture and the hydride precipitation was also established. It was found that the existence of the rolling texture facilitated the precipitation of δ-hydride following the OR2-type orientation relationship. X-ray analyses revealed a broadening of the diffraction peaks corresponding to the  phase, indicating a increase of the dislocation density, these dislocations being necessary to accommodate the lattice misfit between hydrides and the matrix. Under compression loading, the observation of slip traces and tension twin {10 2}< 011> TT1 in the -grains containing hydrides, suggested that the hydrides had a certain ability to accommodate the imposed shear strain, depending on the orientation relationships between the matrix and the hydrides as well as on their thickness. Although no correlation between the nucleation of twinning and the hydride could be established in this study, the hydrides seemed to play an important role on the development of twinning deformation. The effects of hydrogen on the cold rolling behavior in Ti50A showed that, the formation of TT1tension twins can be facilitated due to the increase of the c/a ratio owing to the hydrogen addition and the existence of local stresses generated by the precipitation of hydrides. The refinement of the microstructure was also observed in the hydrogenated Ti50A-H suggesting that the presence of hydrides can enhance the generation of high angle boundaries (HABs). In addition, the formation of numerous geometrically necessary dislocations (GND) allowing the accommodation of the strain incompatibility between the hydride and matrix could be worked out by SEM-EBSD, which also confirmed analyses of the X-ray traces. In the case of β-21S alloy, with bcc structure that can accommodate a larger concentration of interstitial atoms, hydrogen was introduced by gas method. The effect of hydrogen on the microstructure was found to be closely related to the hydrogen concentration. In the range of hydrogen/metal ratio 0.052 < H/M < 0.300, the microstructure consisting of the single β-phase showed that the dissolved hydrogen atoms expanded the bcc β-lattice and suppressed the decomposition of the β phase upon cooling [...]

L’industrie aéronautique nécessite l’utilisation de métaux durs et légers, comme le Titane et l’Inconel mais différentes problématiques d’usinage en fraisage ou par usinage chimique compliquent leur mise en oeuvre. L’objectif du travail de thèse est de développer une méthode d’usinage non débouchant de ces métaux durs par jet d’eau abrasif (JEA) pour la réalisation de poches. Actuellement, ce procédé est limité à la découpe mais en contrôlant les paramètres d’usinage il permet la réalisation de poches à profondeurs constante ou variable en maitrisant les caractéristiques géométriques imposées. Ce travail présente l’étude de passages élémentaires et leur superposition afin de générer un parcours nécessaire à la réalisation d’une poche. Il introduit également diverses stratégies pour l’usinage de poches rectangulaires et propose une correction des paramètres opératoires afin d’obtenir un fond à profondeur contrôlée. / The aviation industry requires the use of hard and light metals such as Titanium and Inconel, but different machining problems in milling process or by chemical machining complicate their implementation. The aim of this thesis is to develop a controlled depth milling on these hard metals with abrasive water jet (AWJ) technology for pockets machining. Currently, this process is limited to cutting operation but by controlling the input parameters and the geometric characteristics it allows the realization of pockets with constant or variable depth. This work shows the study of elementary passages and their superposition to generate a necessary path for the realization of a pocket in AWJ. It also introduces a variety of strategies for machining rectangular pockets and provides a correction of the operating parameters to obtain a controlled depth.

Dans ce travail, nous nous sommes tout d’abord intéressés à l’influence du traitement de la mésophase hybride sous ammoniac et des conditions de cristallisation sur les propriétés d’oxydes de titane mésoporeux. Le protocole de synthèse de ces matériaux a été mis au point auparavant au laboratoire à l’aide d’une méthode combinant le mécanisme transcriptif à partir des cristaux liquides du copolymère bloc P123 et la méthode EISA. Une cristallisation sous atmosphère oxydante, augmente le degré de cristallinité et favorise une croissance des particules d’anatase. En conséquence, la photodégradation du méthylorange, utilisé comme molécule modèle est augmentée. Lorsque la cristallisation est réalisée sous azote pur, l’anatase n’est pas favorisée et la photoactivité est alors gouvernée par la surface spécifique des matériaux. Nous avons également montré qu’au cours de la synthèse, l’interaction de NH3 avec le titane amorphe promeut la formation de la structure rutile de TiO2 et défavorise par conséquent la cristallisation sous forme anatase. Par conséquent lorsque le traitement sous ammoniac de la mésophase hybride est prolongé ou lorsqu’ il est réalisé à pression élevée, l’activité photocatalytique des oxydes de titane, obtenus après cristallisation du TiO2 amorphe sous air synthétique, diminue. L’introduction d’un second niveau de mésoporisité permet d’accroitre l’efficacité des photocatalyseurs, car la diffusion et l’accès aux sites actifs des molécules de colorant sont améliorés. Les matériaux à double mésoporisité présentent une activité photocatalytique deux fois et demie supérieure à celle des oxydes de titane mésoporeux monomodaux. Des catalyseurs pour l’hydrodésulfuration des gazoles ont également étés conçus en dispersant la phase active MoS2 à la surface des oxydes de titane mésoporeux mono- et bimodaux. Le dibenzothiophène (DBT) et le 4,6-diméthylbenzodiophène (46DMDBT) ont été utilisées comme molécules modèles. Contrairement au catalyseur conventionnel MoS2/Al2O3, pour lequel l’hydrodésulfuration se produite selon la voie hydrogénante, grâce à la présence de sites acides de Brönsted, les catalyseurs supportés sur TiO2 mésoporeux favorisent la désulfurisation directe du 46DMDBT. Pour terminer, la méthode de synthèse mise au point pour TiO2 a été transposée à l’oxyde de zirconium. Toutefois, dans ce cas seul un arrangement vermiforme des canaux est obtenu. Ce phénomène est probablement lié à la présence du propanol contenu dans la source du précurseur inorganique. L’incorporation d’étain au sein des zircones mésoporeuses a également été réalisée et nous avons mis en évidence que cet élément est favorable à la cristallisation de ZrO2 / In this work, we have first investigated the effect of both the crystallization conditions and of the hybrid mesophase treatment under ammonia atmosphere on the properties of mesoporous TiO2, for which the preparation was developed previously via a method combining Liquid Crystal Templating (LCT) and EISA mechanisms, using P123 as template. The photocatalysis efficiency of the materials crystallized under oxidizing conditions increases with the calcination temperature thanks to the enhancement of crystallinity and the growth of anatase particles. By contrast, when the crystallization is performed under pure nitrogen the anatase is not favored and the photocatalytic activity is governed by the materials’ specific surface area. We have also shown that during the mesoporous TiO2 synthesis, interactions between ammonia and amorphous titania promote the formation of rutile, which is a drawback for the transformation of amorphous titania into anatase. Consequently, when the treatment under ammonia is prolonged or when it is performed at high NH3 pressure, the activity of the photocatalysts recovered after crystallization under synthetic air decreases. The introduction of a second mesoporosity level enhances the degradation rate. In that case the diffusion and the accessibility of the dye molecules to the active sites are favored. Catalysts for gazole hydrodesulfurization have also been designed by dispersing the active MoS2 phase onto the surface of the mono and dual mesoporous titania. The obtained catalysts have been tested for the hydrodesulfurization of dibenzothiophene (DBT) and 4,6-dimethyldibenzothiophene (46DMDBT), used as model molecules. We highlight that thanks to the intrinsic Brönsted acidity, the CoMoS/mesoporous TiO2 catalysts favor the direct desulfurization route of 46DMDBT, in contrary to the conventional CoMoS/alumina catalyst. The synthesis procedure developed for mesoporous TiO2 has also been adapted for the preparation of mesoporous ZrO2. However, only mesoporous materials with a wormhole-like structure have been obtained. This phenomenon is likely due to the presence of propanol contained in the source of the inorganic precursor. We have also incorporated tin into the zirconia framework. The presence of thin favors the crystallization of ZrO2

De nos jours, les produits chimiques toxiques industriels ne sont pas toujours traités proprement, et leurs contaminants peuvent directement affecter la sécurité de l'eau potable. La photocatalyse, «une technologie verte» est une approche efficace et économique qui joue un rôle important dans la conversion de l'énergie solaire et la dégradation des polluants organiques. Ce manuscrit de thèse rapporte sur le développement des matériaux avancés (basés sur TiO2 et ZnO) susceptibles d'exploiter l'énergie solaire renouvelable pour résoudre les problèmes de pollution environnementale. Une partie de ce travail a été consacrée pour l’amélioration de l’activité photocatalytique du TiO2 sous lumière UV et visible. Par conséquent, les nanofibres composites de rGO/TiO2, BN/TiO2 et BN-Ag/TiO2 ont été élaborées en utilisant la technique d'électrofilage (electrospinning). La deuxième partie porte sur le ZnO, ainsi que les nanotubes multi co-centriques de ZnO/ZnAl2O4 et les nanotubes de ZnO dopés Al2O3 qui ont été synthétisés en combinant les deux techniques : dépôt de couche atomique (ALD) et electrospinning. Les propriétés morphologiques, structurelles et optiques de toutes les nanostructures synthétisées ont été étudiées par différentes techniques de caractérisations. Les résultats ont montré que les propriétés chimiques et physiques ont un effet très important sur les propriétés photocatalytiques des matériaux synthétisés. En outre, il a été constaté que l'effet de dopage conduit à une séparation de charge efficace dans le photocatalyseur, ce qui rend l’activité photocatalytique plus efficace. De plus, le méthyle orange et le bleu de méthylène ont été utilisés comme modèle de référence. Une amélioration significative et une stabilité à long terme de l’activité photocatalytique ont été observées avec les matériaux dopés comparés aux matériaux non-dopés sous lumière UV et visible. Des tests antibactériens contre Escherichia coli ont été également effectués; les résultats indiquent que BN-Ag/TiO2 présente à la fois des propriétés photocatalytiques intéressantes pour la dégradation des composés organiques et pour l'élimination des bactéries. / Nowadays, industrial toxic chemicals are still not properly treated and these contaminants may directly impact the safety of drinking water. Photocatalysis “a green technology” is an effective and economical approach and plays an important role in solar energy conversion and degradation of organic pollutants. This thesis manuscript reports on developing advanced materials (based on TiO2 and ZnO) being capable of exploiting renewable solar energy for solving the environmental pollution problems. A part of this work was dedicated to improve the UV and visible light TiO2 photoresponse. Therefore, rGO/TiO2, BN/TiO2 and BN-Ag/TiO2 composties nanofibers were successfully elaborated using the electrospinning technique. The second part focused on ZnO. Novel structures of ZnO/ZnAl2O4 multi co-centric nanotubes and Al2O3 doped ZnO nanotubes were designed by combining the two techniques of atomic layer deposition (ALD) and electrospinning. The morphological, structural and optical properties of all synthesized nanostructures were investigated by several characterization techniques. The results show that the chemical and physical properties have a high impact on the photocatalytic properties of the synthesized materials. Moreover, it was found that the doping effect lead to a more efficient charge separation in the photocatalyst, which is an advantage for photocatalytic activities. In addition, methyl orange and methylene blue were used as model reference. A significant enhancement and a long-term stability in the photocatalytic activity were observed with the doped materials compared to the non-doped ones under both UV and visible light. Antibacterial tests against Escherichia coli have also been performed; the results indicate that BN-Ag/TiO2 present interesting photocatalytic properties for both organic compound degradation and bacterial removal.

L'objectif principal de cette thèse est de caractériser et d'analyser les phénomènes de recristallisation et de croissance des grains qui se produisent dans les métaux hexagonaux. On considère ici surtout le titane et le zirconium. pour cette raison, plusieurs expériences ont été préparées et réalisées à l'aide de la technique EBSD (la diffraction d'électrons rétrodiffusés). En même temps, un logiciel spécial utilisant l'approche de simulation et qui est basé sur le modèle Monte Carlo Potts a été conçu afin de faciliter l'analyse expérimentale. Sur la base de données expérimentales et des résultats des simulations, les modèles physiques et les hypothèses concernant les processus de recristallisation et de croissance des grains étudiés ont été proposés et vérifiés de manière positive. / The main aim of this thesis is to describe and analyse recrystallization and grain growth phenomena taking place in hexagonal metals, in particular cold-rolled titanium and channel-die compressed zirconium were considered. For that reason, several experiements were prepared and carried out using EBSD (Electron Backstartter Diffraction) technique. In addition, a special software based on Monte Carlo Potts model was developed in order to facilitate experiemental analysis using simulation approach. Based on the obtained experiemental data and simulation results, physical models and hypotheses concerning the investigate recrystallization and grain growth processes were proposed and positively verified.

La projection thermique cold spray consiste en l'envol de poudres à haute vitesse sur une cible : le substrat. Leur adhérence et leur accumulation mène à des revêtements plus ou moins denses, utilisés dans le domaine automobile, biomédical, etc. La première étape de construction du dépôt passe par un contact entre la poudre et le substrat. Il est admis que la liaison créée est mécanique et, si la nature des matériaux le permet, métallurgique. Cette étude permet de statuer sur ces deux composantes. Pour cela, deux systèmes privilégiant l'une ou l'autre, sont choisis. L'ancrage mécanique est vu au travers de la métallisation de polymère avec l'emploi d'aluminium projeté sur polyamide 6,6. La liaison métallurgique est abordée avec l'emploi de titane sur un substrat plus rigide en TA6V. Avant d'étudier les mécanismes de liaison, une étape d'élaboration des dépôts est réalisée balayant de nombreux paramètres « procédé » et différentes propriétés des matériaux (température, granulométrie). Des outils sont déployés pour connaître les conditions d'impact : la vitesse de particule par DPV2000, la température du substrat par thermographie infra-rouge et la température des particules par voie numérique. L'ancrage mécanique dans le polymère est décrit grâce à l'étude de l'impact de particules élémentaires ainsi que de la rugosité d'interface 2D (coupes micrographiques) et 3D (laminographie X). Le gradient de porosité est également quantifié. La liaison métallurgique est étudiée par MET. Au préalable, la simulation numérique par éléments finis est employée pour retracer la phénoménologie de l'impact ainsi que quantifier les déformations et les températures locales atteintes à l'interface. La morphologie simulée des particules à l'impact est comparée à celles observées dans des conditions réelles de projection. Enfin, l'adhérence des différents dépôts est évaluée par essai « plot collé » et les faciès de rupture observés. L'influence de la morphologie de surface est étudiée avec des prétraitements de sablage et de structuration laser. / Cold Spray consists in the high-speed spray of powder particles onto a target; namely the substrate. Their adhesion and accumulation leads to a more or less dense coating to be used in the automotive, the biomedical… areas. The first stage of coating results from a powder to substrate contact. Bonding is due to mechanical anchoring and, depending on the involved materials, to metallurgical interaction. This study helps to rule on these two components. For this, two systems, which promote either mechanical or metallurgical mechanism separately, are selected. Mechanical anchoring is studied through polymer metallization using of aluminum for spraying onto polyamide 6,6. Metallurgical bonding is studied using titanium onto Ti-6Al-4V. Before studying the bonding mechanisms, the spraying process is investigated using many process parameters and materials properties (temperature, particle size…). Advanced tools are employed to determine impact conditions; i.e. particle velocity by DPV2000, substrate temperature by infrared thermography and particle temperature by numerical calculation. Mechanical anchoring onto the polymer is described through the analysis of elementary particle impacts and through 2D (micrograph sections) and 3D (laminography) study of interface roughness. The porosity gradient is also quantified. Metallurgical bonding is studied by TEM. Before that, a finite element simulation is used to go into the phenomenology of the impact and to quantify the local deformation and temperature at the interface. The simulated particle morphology is compared to those observed in real spraying conditions. Lastly, deposit adhesion is assessed by pull-off testing and the fractured surface is observed. The influence of the substrate surface morphology is exhibited using sand-blasting and laser structuring pretreatments.

Récemment, dans le domaine de la reconstruction tissulaire, des substituts osseux ou scaffold, ont été utilisés comme alternative aux autogreffes. La complexité de l'ostéogenèse au sein d'une structure poreuse rend son observation expérimentale difficile et par conséquent le développement et l'optimisation des scaffolds sont loin d'être achevés. En complément d'expérimentations animales, il est donc nécessaire de développer des modèles numériques afin de mieux comprendre ce processus. L'objectif de ce travail était de développer un modèle numérique capable de reproduire l'ostéogenèse au sein d'un scaffold poreux en titane, implanté sur la partie non dentée d'une hémimandibule de brebis durant 12 semaines. Cette thèse était donc basée sur une approche à la fois expérimentale et numérique, ce qui constituait l'élément clé du projet. En effet, la plupart des modèles existants n'ont pas été validés expérimentalement ou l'ont été à l'aide d'expérimentations réalisées sur de petits animaux (i.e. lapin, rat) puisque leur taille et leur coût facilitaient le protocole. Néanmoins, contrairement au mouton, leurs processus de régénération osseuse sont très éloignés de celui de l'homme. L'étude a été organisée en trois tâches. Tout d'abord, les expérimentations animales ont été réalisées en collaboration avec le Dr Thomas Schouman (Hôpital de la Pitié-Salpêtrière), et OBL, une PME française fabriquant les scaffolds en titane. Puis, un modèle numérique en éléments finis décrivant l'activité cellulaire au sein du scaffold durant les 12 semaines d'implantation a été conçu. Enfin, des examens histologiques et micro-tomographiques et des tests mécaniques réalisés sur chaque hémimandibule explantée ont permis de: i) quantifier le pouvoir ostéo-conducteur du scaffold en titane et ii) valider le modèle numérique d'ostéogénèse. / Recently, in the tissue reconstruction field, bone substitutes or scaffolds have been used as an alternative to autograft. The complexity of osteogenesis within a scaffold makes its experimental observation difficult and the development and optimization of scaffolds are thus far from being complete. In addition to animal experiments, it is then necessary to develop numerical models to better understand such process. The objective of this work was to develop a numerical model able to reproduce osteogenesis within a porous titanium scaffold implanted on the non-toothed part of a ewe hemimandible for 12 weeks. Therefore, this thesis was based on both an experimental and a numerical approach, which constituted the key element of the project. Indeed, most of the existing models have not been validated or have been validated using experiments performed on small animals (i.e. rabbit, rat) since their size and cost make the protocol easier. Nevertheless, unlike the sheep, their bone regeneration process is quite different from human's. The study was organized into three tasks. First, animal experiments were carried out in collaboration with Dr. Thomas Schouman (Pitié-Salpêtrière hospital) and OBL, a french company manufacturing the porous titanium scaffolds. Then, a numerical model describing cellular activity within the scaffold during the 12 weeks of implantation was developed. Finally, histological and micro-tomographic analyses and mechanical tests performed on each hemimandible have enabled to: i) quantify the osteoconductive potential of the scaffold and ii) validate the numerical results.

L'application d'un temps de maintien, même de faible durée, lors d'un chargement cyclique, modifie de façon très sensible à la fois le comportement contrainte-déformation et le nombre de cycles à amorçage dans l'alliage base titane TI-6242. Ceci est lié à un régime de fluage cyclique, conduisant à de la déformation progressive d'une part, et à une forte interaction fatigue-temps de maintien pour ce qui concerne le nombre de cycles à amorçage. Les différents phénomènes sont pour le moment assez mal analysés, si bien qu'il n'est pas possible d'effectuer une conception optimale des pièces, de larges marges de sécurité étant nécessaires. Le but du travail est de mieux comprendre les mécanismes locaux qui régissent le comportement et l'amorçage des fissures, dans le but de suggérer des microstructures optimales, et de calibrer des modèles macroscopiques utilisables en bureau d'études. En s'appuyant sur une base expérimentale fournie par Snecma et l'ENSMA, une approche multiéchelles a été mise en place pour représenter les hétérogénéités locales qui ont un rôle significatif sur les comportements observés. Dans les calculs des microstructures, faisant intervenir une étape d'évaluation statistique, on se focalise sur la représentation explicite des ”plumes”, grains de taille exceptionnelle, qui sont à l'origine des premières microfissures en raison du contraste cristallin qu'ils introduisent avec l'environnement. Une revue des différentes configurations de plumes, afin de retenir celles qui sont le plus critique, a été établie. Cette analyse a permis de mettre en évidence la présence de plumes simples, doubles ou triples, les domaines se présentant sous formes de bandes. Les configurations à étudier comportent comme paramètres critiques l'orientation géométrique de la bande par rapport à la direction du chargement macroscopique, mais surtout l'orientation cristallographique au sein de cette (ces) bande(s). Des calculs systématiques ont été effectués afin de mener une étude statistique et de déterminer les configurations les plus sensibles. / The application of a dwell period, even of short length, during a cyclic loading, simultaneously changes the stress-strain behaviour and the number of cycles to failure in a very sensitive way. This phenomenon is connected to a cyclic creep regime, generating progressive deformation, and to a strong interaction between the fatigue process and dwell periods for the number of cycles to failure. All these phenomena are poorly analysed nowadays, so that engineers hardly perform optimal design of the components, since large security margins are necessary. The aim of the work is to better understand the local mechanisms which govern both behaviour and crack initiation, having in view optimal microstructures, and to calibrate manageable macroscopic models for the design department. Using an experimental data set given by Snecma and ENSMA, a multiscale approach has been developed to represent the local heterogeneities that play a significant role on observed behaviour. In the calculations of microstructures that are performed for a statistical evaluation, the focus is made on the explicit representation of the so called "plumes", that are grains of exceptional size, which are at the origin of the first microcracks due to crystal contrast they introduce with the environment. A review of various "plume" configurations is made, in order to investigate the most critical ones. This analysis allowed to shed the light on the presence of simple, double or triple "plumes", the domains being in band shapes. The critical parameters are the geometric arrangement of the band with respect to the direction of the macroscopic loading, but essentially the crystal orientation within this (these) band(s). Systematic calculations were carried out in order to do a statistical study and to determine the most critical configurations.

Les composites à matrice titane (CMTi) sont des matériaux attractifs pour des applications aéronautiques, en raison de leurs performances mécaniques à haute température et de leur faible densité. La difficulté d’usiner ce type de matériaux rend les procédés de fabrication additive intéressants pour la fabrication de pièces complexes en trois dimensions. Cette étude porte sur l'élaboration de composites à matrice titane par le procédé de fabrication additive par fusion laser de poudre projetée. Dans un premier temps, différents types de poudres- renfort et de préparations de poudre ont été utilisés pour faciliter la mise en œuvre du procédé additif, dans le but d’obtenir des microstructures homogènes. Dans un second temps, l’étude s’est concentrée sur le mélange Ti-6Al-4V / B4C formant des renforts TiB et TiC par voie in-situ dans une matrice de Ti-6Al-4V. Les mécanismes de formation des microstructures obtenues ont pu être expliqués puis une étude des propriétés mécaniques (dureté, module d’Young et comportement sous une sollicitation en traction à chaud et à l’ambiante) a été réalisée afin d’évaluer l’effet du renforcement sur les propriétés mécaniques du matériau. Parmi les résultats importants ce cette étude, la présence de taux de carbone élevés en solution solide dans la matrice de titane a été évoqué comme étant le facteur prédominant dans l'augmentation des propriétés mécaniques avec le taux de B4C. / Titanium matrix composites are attractive materials for aeronautical applications, mainly because of their superior mechanical resistance at elevated temperature, combined with a low density. The critical machinability of such composites makes additive manufacturing processes particularly adapted for building complex 3D shapes. This study has been focused on the Direct Metal Deposition (DMD) of Metal matrix composites. In a first step, various powders and powder blends have been carried out in order to facilitate the DMD process and to obtain homogeneous microstructures. Following this, Ti-6Al-4V / B4C powder blends, allowing to obtain TiB + TiC particles distributed in the Ti matrix were more specifically considered. Metallurgical mechanisms involved in the formation of microstructures were identified prior to an investigation on mechanical properties at ambient and elevated temperature for various DMD process conditions and particle concentrations. Among the most interesting results of this study, the influence of a high carbon content solubilized in the Ti-matrix was considered as a dominant factor to explain the evolution of mechanical properties with increased amounts of reinforcements.

L’objectif de ces travaux est de développer une méthodologie de génération automatique de gammes d’usinage optimises et innovantes qui permettent aux sous-traitants aéronautiques de faire face aux problématiques de productivité et de compétitivité actuelles. Dans un premier temps, un état de l’art sur les systèmes existants de génération de gammes est présenté et permet d’introduire les limites des systèmes actuels. Une méthodologie en quatre étapes est ensuite proposée, permettant à l’utilisateur d’obtenir des gammes d’usinage optimisées respectant son savoir-faire et son expérience et introduisant de l’innovation. Cette méthodologie s’appuie sur une représentation du comportement décisionnel des méthodistes dans une situation donnée ainsi que face au risque à l’industrialisation et élargit la formalisation de la performance d’une gamme en prenant en compte d’autres critères de performance autres que le temps d’usinage ou le coût global. Ainsi, un état de l’art sur les méthodes d’aide à la décision multicritère permet de sélectionner la méthode pour l’agrégation des performances par rapport à la problématique industrielle. Après une description géométrique et technologique de la pièce et la création par les méthodistes, d’opérations d’usinage élémentaires, un algorithme génétique est utilisé pour générer des gammes optimisées. Lors d’une dernière étape, la méthodologie présente les meilleures gammes générées au méthodiste et l’utilisation de la théorie du choix social lui permet de cibler les gammes les plus performantes à implanter, en intégrant un critère de risque à l’industrialisation. Cette méthodologie a été appliquée à une pièce de train d’atterrissage usinée en alliage de Titane et a permis une diminution de 25% du temps d’usinage tout en augmentant la fiabilisation. Des perspectives d’amélioration de l’outil d’aide à la décision, à diverses étapes de la méthodologie, sont enfin proposées. / The objective of this work is to develop a Computer-Aided Process Planning (CAPP) methodology to allow aeronautical subcontractors to face the current productivity and competitiveness problems. To start, a state of the art on the existing CAPP systems is presented and introduce the limits of the current systems. A four-step methodology is then proposed, allowing the user to obtain optimized machining ranges respecting his know-how and experience and introducing innovation. This methodology is based on a representation of the decision-making behavior of the process planners in a given situation as well as the risk of industrialization and broadens the formalization of the performance by taking into account performance criteria other than the machining time or cost. Thus, a state of the art on multicriteria decision-making methods helps to select the method for the aggregation of performance in relation to the industrial problem. After a geometrical and technological description of a mechanical part and the creation by the process planners of elementary machining operations, a genetic algorithm is used to generate optimized ranges. In a final step, the methodology presents the best process plans generated to the process planners and the use of the social choice theory allows to target the most efficient ones to choose, integrating a risk criterion based on tool deflection. This methodology was applied to a Titanium alloy machined landing gear part and allowed a 25% reduction in machining time while increasing reliability. Finally, prospects for improving the decision-making tool at various stages of the methodology are proposed.