Ce travail s'articule autour de l'étude de matériaux coulés pour des composants électroniques. Une méthodologie est proposée pour analyser le comportement de fissures initiées dans des matériaux homogènes ou à l'interface entre différents matériaux. Une procédure expérimentale est décrite afin de mesurer le facteur d'intensité de contrainte critique d'un matériau homogène. Cette procédure est ensuite appliquée dans la comparaison du comportement d'une fissure d'un bimatériau et à la détermination du degré de validité des résultats. Une méthode est ensuite proposée pour déterminer la propagation de fissures dans les différents matériaux sous des chargements sous-critiques. Dans le cas d'une fissure à l'interface de bimatériaux, une méthodologie a été développée pour mesurer le taux de restitution d'énergie nécessaire à la propagation de la fissure. Les facteurs d'intensité de contraintes correspondants sont calculés à l'aide de simulations numériques, ainsi que l'angle de mode mixte résultant. L'ensemble des travaux expérimentaux réalisés et des simulations numériques développées permet de proposer une méthodologie d'analyse du comportement d'une fissure située au sein d'un composant multimatériau sollicité sous chargement thermo-mécanique.

Afin d'assurer le contrôle de son parc de production d'électricité, EDF doit maîtriser le vieillissement de ses installations pour en garantir le bon fonctionnement dans la durée. Dans ce but, il est nécessaire de disposer d’outils performants pour le modéliser et simuler la propagation des défauts dans les structures.Dans ces travaux de thèse, on s’intéresse à la propagation de fissures avec la méthode X-FEM et notamment à l’étape de localisation de la fissure par une technique de courbes de niveau. Nous avons proposé une approche fondée sur une méthode de propagation d’information de distance dite fast marching method pour rendre cette étape plus robuste. Elle est applicable à tous types de mailles,linéaires ou quadratiques.De plus, le calcul du taux de restitution d’énergie et des facteurs d’intensité de contrainte en pointe de fissure doit être suffisamment précis pour permettre de calculer la direction et l’avancée de la fissure. Dans ce but, nous avons proposé d’étudier une méthode d’intégrale de domaine pour laquelle on soulève plusieurs difficultés liées à la représentation de la fissure dans un espace tridimensionnel. Plusieurs améliorations sont proposées pour rendre les calculs plus précis et plus robustes.Dans le cas des fissures à front courbe, nous avons identifié les limites de l'utilisation des champs asymptotiques obtenus en pointe de fissure sous l'hypothèse des déformations planes comme champs auxiliaires d’une méthode d’intégrale d’interaction et nous avons proposé de nouveaux champs de déplacements auxiliaires qui prennent en compte la courbure du front de fissure. Toutes ces approches sont développées et validées dans le logiciel code_aster. / In order to ensure the control of its nuclear power plants, EDF must guarantee that they function effectively over the long term. For this purpose, it is necessary to have efficient tools tomodel and simulate crack propagation in structures. In this PhD work, we are interested in the propagation of cracks with the X-FEM method which allows using the same mesh as for a structure without default. We target especially the reconstruction of thelevel sets that characterize the position of the crack after propagation. We have proposed a fast marching method approach based on the propagation of distance information from the crack surface to the whole structure to make this step more robust in the X-FEM propagation process. It is applicable to all types of meshes, linear or quadratic. The calculation of information characteristic of thecrack status such as the energy release rate and the stress intensity factors must be accurate enough to obtain the direction and advance of the crack front ateach propagation step. For this purpose, we proposed to study a domain integral method, for which several difficulties related to the representation of the crackin a three-dimensional space are identified. Several improvements are proposed to make the calculations more accurate and more robust. In the case of curved cracks front, we have identified the limitations of using asymptotic fields obtained under the plane deformation hypothesis as auxiliary fields of an interaction integral method and we have proposed new auxiliary displacement fields that take into account the curvature of the crack front. All these methods are developed and validated with EDF software code_aster.

L'objectif de ce travail est d'établir des relations entre chimie d'interface et propriétés mécaniques dans les assemblages bimétalliques. Il met en évidence que les mécanismes qui contrôlent le développement d'une interface entre alliage Al-Si et renfort ferreux ou titane ont une influence majeure sur les propriétés mécaniques de cette interface. La caractérisation mécanique des interfaces est réalisée par un test de flexion 4 points sur des lames bimétallique élaborées par aluminiage au trempé sur lesquelles un raidisseur est rapporté par collage ou surmoulage. L'évolution de la chimie de la zone de réaction interfaciale est provoquée par un traitement thermique à 535°C à différents temps. La caractérisation des zones de réaction ainsi que des chemins de fissuration est réalisée par diffraction des rayons X et microsonde électronique. Pour les interfaces Fe/A-S7G03 brutes d'élaboration, avant traitement thermique, l'analyse des essais mécaniques conduit à l'obtention d'une valeur du taux de restitution d'énergie de 23 J/m2 qui correspond à la propagation d'une fissure dans la phase η−Al5Fe2(Si). En ce qui concerne les interfaces Ti/A-S7G03, leur force n'a pas permis la propagation d'une fissure dans les conditions de l'essai. A la suite d'un traitement thermique à 535°C, les interfaces Fe/A-S7G03 sont fragilisées par le mécanisme de croissance de la couche de réaction interfaciale qui conduit à l'apparition de porosités Kirkendall en son sein. A l'inverse, dans le cas des interfaces Ti/A-S7G03, aucun affaiblissement de l'interface n'est associé au traitement thermique en raison d'un mécanisme de croissance différent.

L'objet du travail exposé dans ce mémoire de thèse de Doctorat est d'obtenir une loi de comportement anisotrope représentative de la cristallisation sous contrainte dans le caoutchouc, de l'intégrer dans un calcul macroscopique éléments finis, et de comprendre l'influence de ce phénomène sur la propagation de fissures dans ce matériau par un critère de taux de restitution d'énergie. Le problème modèle qui motive cette étude est celui de l'endurance des pneumatiques. Après une introduction générale des difficultés qui se posent dans l'endurance des pneumatiques, nous rappelons en première partie quelques notions essentielles sur le cadre mécanique. La partie II est l'occasion de s'intéresser au cadre de calcul du taux de restitution d'énergie par des méthodes de dérivation par rapport au domaine. Nous proposons alors une extension formelle de ce type de méthode au cas du comportement viscoplastique. Cette extension est proposée dans un premier cas où les processus dissipatifs et le processus de rupture sont découplés. Elle est alors testée et validée par différences finies sur des cas de calculs élastoplastiques. On propose ensuite une méthode de calcul du taux de restitution d'énergie dans le cas couplé par un état adjoint. Cette méthode est testée sur un problème viscoélastique simple. Dans la partie III, on se propose de construire une loi de comportement constitutive de la cristallisation sous contrainte. Le point de départ est une analyse microscopique que l'on passe à l'échelle macroscopique dans le cadre du modèle de micro-sphère qui nous permet de caractériser la relation contrainte-déformation, l'anisotropie des réponses locales et les effets localement induits par la cristallisation en fond de fissure. Cette construction se fonde sur des observations expérimentales de base en insistant sur les aspects constitutifs du comportement cyclique. La loi obtenue est ensuite comparée à plusieurs mesures expérimentales sur un panel exhaustif de chargements. Cela nous permet de montrer une bonne reproductibilité des résultats expérimentaux notamment en ce qui concerne les chargements cycliques et l'évolution de l'anisotropie. Pour finir, la partie IV aborde le problème de l'impact de la cristallisation sur la rupture du caoutchouc par les méthodes proposées dans les deux parties précédentes. On montre alors qu'on peut obtenir un profil de fissure et une zone cristallisée très semblable à ceux obtenus expérimentalement. De plus, l'extension du taux de restitution d'énergie proposée est appliquée à une éprouvette Pure Shear présentant de la cristallisation. L'évolution du taux de restitution d'énergie avec le chargement appliqué à l'éprouvette est alors comparée à l'évolution de la vitesse de propagation en fatigue.