Les Liquides Ioniques [LI] à température ambiante forment une nouvelle classe de matériaux, prometteurs dans des applications diverses. Les avantages que les LI soulèvent par rapport aux autres liquides moléculaires ou sels fondus résident dans la facilité à changer leurs propriétés intrinsèques en jouant sur la nature chimique de la combinaison [cation-anion]. Cependant, on n'est pas encore près à prédire les propriétés d'un LI en connaissant uniquement sa composition chimique. Par conséquent, nous avons fait des expériences de diffraction de rayons-x et de neutrons, complétées par une série de simulations de dynamiques moléculaires sur une famille de LI à bases de cations d'alkyl-methylimidazolium et d'anion Bromure. Ainsi, en changeant la longueur de la chaine alkyl, nous avons comparé la structure et la dynamique de trois LI de chaines ethyl, butyl et hexyl. La comparaison des résultats structuraux obtenus par la simulation avec ceux des rayons-x donnèrent complète satisfaction. Des résultats intéressants ont été obtenus, spécialement ceux issus de la comparaison de la structure et la dynamique du LI 1-ethyl-3-methylimidazolium Bromide en phase cristalline et liquide. Par ailleurs, l'hétérogénéité en phase volumique a pu être quantifiée ce qui a permis de déterminer que la ségrégation augmente avec la longueur de la chaine alkyl cationique.

La cellule photovoltaïque à porteurs chauds se caractérise par une population électronique hors équilibre thermique avec le réseau, ce qui se traduit par une température électronique supérieure à la température du matériau. Il devient alors possible de récupérer non seulement l'énergie potentielle des porteurs, mais également leur énergie cinétique, et donc d'extraire un surcroît de puissance qui n'est pas exploitée dans des cellules conventionnelles. Cela permet d'atteindre des rendements potentiels proches de la limite thermodynamique. L'extraction des porteurs hors équilibre se fait au moyen de membranes sélectives en énergie afin de limiter les pertes thermiques. Dans cette thèse, l'influence de la sélectivité des contacts sur les performances de la cellule est analysée par des simulations de rendement. Il apparaît que ce paramètre est moins critique qu'annoncé dans la littérature, et que des rendements élevés sont possibles avec des contacts semi-sélectifs, permettant l'extraction de porteurs au dessus d'un seuil d'énergie. De tels contacts sont non seulement beaucoup plus facilement réalisables en pratique que des contacts sélectifs, mais sont également plus compatibles avec les densités de courant élevées qui sont attendues dans de tels dispositifs. Une méthodologie expérimentale est également proposée pour analyser la vitesse de thermalisation des porteurs hors équilibre. Des porteurs sont photogénérés par un laser continu et leur température en régime stationnaire est sondée par photoluminescence en fonction de la densité de puissance excitatrice. Un modèle empirique est obtenu reliant la puissance dissipée par thermalisation à la température électronique. Ce modèle est ensuite utilisé pour simuler le rendement de cellules présentant une thermalisation partielle des porteurs. Enfin, un rendement de cellule réaliste présentant une absorption non idéale, une vitesse de thermalisation mesurée sur des matériaux réels et des contacts semi-sélectifs est calculé. Il ressort qu'une augmentation substantielle de rendement est possible en comparaison d'une simple jonction ayant le même seuil d'absorption, mais que la vitesse de thermalisation observée est néanmoins trop élevée pour permettre de dépasser les records de rendement actuels. Des idées sont proposées afin d'améliorer les performances des structures étudiées.

Les aciers inoxydables martensitiques au chrome sont développés depuis les années 70 avec pour objectif aujourd'hui de les utiliser comme matériau de structure dans les centrales thermiques (Circuits de refroidissement, turbine) et nucléaires (Cuve du réacteur...). L'acier de l'étude i.e. l'acier 9Cr1Mo-NbV est déjà utilisé dans des centrales thermiques principalement en Angleterre et au Japon. Compte tenu de l'importance des composants, l'assemblage par soudage est une technique largement utilisée. Un intérêt tout particulier est porté dans cette étude à l'évaluation de la durée de vie des composants soudés en acier 9Cr1Mo-NbV après la constatation de plusieurs ruptures en service prématurées au niveau des soudures. L'étude réalisée avait donc pour objectif d'identifier expérimentalement et de modéliser le comportement, l'endommagement et la rupture en fluage haute température (typiquement dans le domaine de température 450°C - 650°C) de composants soudés en acier 9Cr1Mo-NbV. Pour cette étude, le métal de base a d'abord été étudié comme matériau de référence. Il est notamment démontré que les résultats expérimentaux à 1000 heures ne peuvent pas être utilisés, comme il est usuel de le faire, pour prédire la durée de vie en fluage à 100000 heures. La raison de cette impossibilité est l'existence d'un changement de mécanisme de comportement et d'endommagement aux temps longs. Pour représenter ce changement de mécanisme, un modèle de fluage couplant comportement et endommagement et intégrant plusieurs mécanismes de déformation a été développé suivant les développements de la mécanique des milieux poreux initiés par Gurson. Le modèle a été identifié sur la base de résultats expérimentaux sur diverses géométries d'éprouvettes permettant notamment de prendre en compte les effets de la triaxialité sur le développement de l'endommagement. L'étude a par ailleurs mis en évidence une bonne capacité du modèle à prédire les lieux de rupture ainsi que l'amorçage et la propagation stable de fissure. L'attention a ensuite été portée à la tenue en fluage des composants soudés qui présentent une résistance au fluage très inférieure à celle du métal de base due à la faiblesse de la zone affectée thermiquement (ZAT). Pour ce faire, deux niveaux d'investigation ont du être explorés. D'une part, le soudage induit des modifications métallurgiques et donc des modifications locales des propriétés mécaniques du métal de base: c'est un effet matériau. D'autre part, les différences de propriétés mécaniques rendent complexes l'état de chargement de l'assemblage soudé: c'est un effet de structure. L'effet matériau a été étudié en identifiant la ZAT faible des composants soudés, en la reproduisant sur échantillons massifs, puis en testant des éprouvettes de fluage usinées dans ces mêmes échantillons massifs. Il a été ainsi possible d'utiliser le modèle multi-mécanismes développé pour l'étude sur métal de base afin de modéliser le comportement et l'endommagement de fluage haute température de la ZAT faible dans toute la gamme de contrainte. Finalement, des calculs éléments finis multi-matériaux ont été réalisés en considérant le composant soudé comme l'assemblage de trois microstructures: le métal d'apport, le métal de base et la ZAT faible dont les équations constitutives respectives ont été intégrées aux calculs. Il a ainsi été possible d'identifier les effets de type structure mais surtout de prédire la durée de vie des composants soudés en acier 9Cr1Mo-NbV y compris pour des composants industriels.

Le projet français de stockage des déchets nucléaires, géré par l’Andra, nécessite la récolte de données expérimentales sur la durabilité des bétons de référence. Dans cette étude, les sollicitations prises en compte sont les processus de désaturation/resaturation, la charge thermique et l’évolution mécanique. Ainsi l’analyse porte ainsi sur le couplage thermo-hydro-mécanique des bétons de référence de l’Andra, fabriqués à base de ciment CEM I et CEM V/A. L’état de saturation en eau et les retraits des matériaux, soumis à la dessiccation ou à la resaturation, sont conditionnés par les différentes conditions thermiques et hydriques imposées, ainsi que de leurs caractéristiques microstructurales. Par ailleurs, l’étude de l’évolution mécanique est approfondie à 20°C en fonction de l’état de saturation en eau. A court terme, différents essais ponctuels mettent en évidence un endommagement hydrique qui conditionne le comportement mécanique. A long terme, l’étude du fluage sous dessiccation révèle le couplage existant entre la durabilité, l’évolution mécanique des matériaux et la dessiccation / The French project of the storage of nuclear wastes, which is managed by the Andra, needs some experimental data on the durability of the concrete. Loadings which are taken into account are the desaturation/resaturation processes, the heat load and the mechanical evolution. Hence this study focuses on the coupling thermo-hydro-mechanical on concretes of the research program of Andra, made with CEM I and CEM V/A cement type. The water saturation degree and shrinkages of materials, which are subjected to desiccation or resaturation, are dependent on the imposed thermal and hydrous conditions and on their microstructural characteristics. Moreover the study of the mechanical evolution is gone further at 20°C in function of the water saturation degree. Different short-term tests highlight a hydrous damage, which determine the mechanical behaviour. The long-term study of desiccation creep shows the coupling between the durability, the mechanical evolution and the desiccation

La cristallisation des protéines est une étape cruciale dans l’élucidation de la structure tridimensionnelle des protéines. C’est un processus très délicat qui dépend de nombreuses variables environnementales dont le contrôle précis est difficile, voire impossible, dans les installations typiquement utilisées. Des approches basées sur la parallélisation massive des expériences et la réduction du volume d’échantillon par expérience, pour trouver les conditions initiales de cristallisation, montrent leur relative efficacité dans la recherche de ces conditions initiales mais aussi leurs limites quant à l’optimisation des cristaux obtenus.La méthode présentée dans cette thèse diffère de ce paradigme. La démarche proposée est une approche séquentielle plutôt que la parallélisation d’expériences et est basée sur la connaissance des diagrammes de phase. Cette thèse repose sur une suite de développements d’instruments mis en oeuvre pour maîtriser et rationaliser la cristallisation par la méthode de la dialyse, permettant ainsi l’exploration des diagrammes de phases sans consommer l’échantillon de protéine.Il en résulte un dispositif microfluidique permettant la cristallisation de protéines par la méthode de la dialyse, l’utilisation d’un flux continu d’agent de cristallisation et par conséquent l’échange continu de conditions de cristallisation ainsi que le contrôle de la température au cours de l’expérience. Il est compatible avec le rayonnement X pour la collecte de données de diffraction in situ sur les cristaux ayant poussés dans la puce microfluidique. Ce système microfluidique est basé sur la miniaturisation du banc de cristallisation qui a été amélioré d’un point de vue : de l’électronique pour l’automatisation, du transport de fluides pour le fonctionnement en flux continu, du développement logiciel pour le contrôle des paramètres de cristallisation, de la mécanique pour améliorer la cellule de dialyse et la thermorégulation, et enfin par l’intégration d’un système UV permettant de réaliser des mesures d’absorbance in situ qui offre pour l’avenir la possibilité de mesurer la solubilité de protéine au cours d’une expérience de cristallisation par la dialyse.Finalement les développements instrumentaux et méthodologiques ont été validés par la cristallisation de plusieurs protéines modèles dont les cristaux ont diffractés aux rayons X avec succès. En outre le transport d’espèces en solution par la dialyse a été étudié par une approche combinée expérimentale et théorique. / Protein crystallization is a key step in elucidating three-dimensional structure of proteins. This very sensitive process depends on many variables that are difficult to control precisely or simultaneously in the existing facilities. Instrumentation developments have concentrated on massive parallel experiments and sample volume reduction used by experiment. With this approach it is relatively easy to find initial crystallization conditions but their optimization to yield well diffracting crystals often proves to be more difficult.The method presented herein differs from the current paradigm, since we propose serial instead of parallel experiments based on the knowledge of phase diagrams. This project is based on a series of developments of instruments used to control and rationalize crystallisation using dialysis method, thus allowing phase diagrams exploration without consuming large quantity of protein sample.This results in a microfluidic device that allows crystallization of proteins by dialysis method, use of a continuous flow of crystallization agent and therefore continuous exchange of crystallization conditions as well as temperature control during experiment. It provides X-rays compatibility for in situ diffraction data collection of crystals grown in the microfluidic chip. This microfluidic system is based on the miniaturization of the crystallization bench which has been improved on electronics for automation, fluid transport to operate at a continuous flow, software development for the control of crystallization parameters, mechanics to improve both dialysis cell and thermoregulation, and finally by the integration of a UV system to perform in situ absorbance measurements that provide the future possibility to measure the solubility of proteins in a dialysis crystallization experiment.Finally both instrumental and methodological developments have been validated by the crystallization of several model proteins whose crystals diffracted succesfully X-rays. Furthermore understanding of the transport of species in solution by dialysis was investigated by combined experimental and theoretical approaches.

Pour les structures de génie civil avec un rôle d'étanchéité lors d'un accident grave, la perméabilité structurelle est une question clé. Dans ce contexte, cette thèse porte sur la modélisation numérique du taux de fuite à travers une structure en béton fissurée. Deux approches hydromécaniques dans un cadre continu sont proposés, une entièrement continu et une autre qui nécessite une analyse semi-discrète. L'approche semi-discrète est basée sur une méthode permettant de trouver le chemin de la fissure. Une fois le chemin de la fissure est trouvé, l’ouverture de fissure peut être calculée le long de la surface de la fissure discrétisé par équivalence d’une discontinuité forte. La dernière étape consiste à prescrire la loi de Poiseuille modifié le long de la surface de la fissure pour estimer le taux de fuite tout en imposant un gradient de pression. L'approche entièrement continue peut être appliquée directement dans le sens où aucun suivi de la fissure n’est nécessaire. C’est une combinaison de la perméabilité des endommagements diffus et de la perméabilité de Poiseuille modifiée. Ici, la déformation principale positive est choisie pour conduire la perméabilité de Poiseuille modifiée. Les deux approches proposées sont validées sur une campagne expérimentale de disque béton sec chargé dans un essai de fendage où la perméabilité aux gaz est réalisée. La validation est effectuée sur le taux de fuite dans la direction longitudinale. Les résultats obtenus avec les approches proposées par rapport aux données expérimentales montrent une bonne estimation de la conductivité hydraulique. En outre, l'approche continue est appliquée pour estimer le taux de fuite à travers un élément en béton armé soumis à une charge de traction où la multi-fissuration en mode I se produit (essai tirant). La comparaison avec l'expérience est effectuée sur le taux de fuite dans la direction perpendiculaire à la charge appliquée. Celui-ci montre un bon accord entre les débits estimé et mesuré si le même nombre de fissures est obtenu par le modèle mécanique.Cette thèse porte aussi sur l'effet des chargements thermomécaniques et de fluage sur la conductivité hydraulique du béton. Un système de perméabilité est développé et construit au cours de cette thèse sur la base du programme expérimental. Une campagne expérimentale est effectuée pour étudier l'effet couplé du fluage thermique et / ou mécanique sur la perméabilité à l’air sec du béton. Les propriétés de transfert dans les directions longitudinale et radiale par rapport à l'axe de charge sont étudiées. L’anisotropie de la perméabilité induite par la charge appliquée est analysée. En outre, la détermination de la perméabilité structurelle le long de l'interface acier-béton à différentes charges de cisaillement est encore une question ouverte. Un programme expérimental est réalisé qui porte sur le comportement mécanique du béton armé soumis à un essai de type push-in, ainsi que sur l’analyse de la perméabilité le long de l'interface acier-béton à des niveaux de charge différents. Une première tentative pour simuler le test en utilisant l'approche continue proposée est effectuée.Cette thèse a été l’occasion de réaliser une nouvelle campagne expérimentale, de produire de résultats originaux, d’effectuer de la modélisation numérique et de confronter les 2 approches proposées pour valider les modèles afin de les appliquer à l’échelle structurelle. / For civil engineering structures with a tightness role during a severe accident, structural permeability is a key issue. In this context, this PhD deals with the numerical modelling of leakage rate through a cracked concrete structure. Two hydro-mechanical models in a continuous framework are proposed, a fully continuous one and another one that requires a semi-discrete analysis. The semi-discrete approach is based on a crack tracking method allowing to find the crack path. Once the crack path is found, the Crack Opening Displacement (COD) can be computed along the discretized crack surface by equivalence with strong discontinuity approach. The final step is to prescribe a modified Poiseuille’s law along the crack surface to estimate the leakage rate while imposing a pressure gradient. The fully continuous approach can be directly applied in a sense that no crack tracking is needed. It is a combination of permeability of diffuse damage and modified Poiseuille’s permeability. Herein, the positive principal strain is chosen to drive the modified Poiseuille’s permeability. The two proposed approaches are validated on an experimental campaign of dry concrete disk loaded in a splitting setup where gas permeability is performed. The validation is performed on the flow rate in the longitudinal direction. The results obtained with the proposed approaches compared to experimental data show a good estimation of the hydraulic conductivity. Furthermore, the fully continuous approach is applied to estimate the flow rate through a reinforced concrete element subjected to tensile loading where multi-cracking in Mode I occurs (tie-beam test). The comparison with the experiment is performed on the flow rate in the perpendicular direction to the applied loading. The latter shows a good agreement between the estimated flow rate and the measured one if the same number of cracks is obtained.This PhD deals as well with the effect of the delayed thermo-mechanical loadings on the hydraulic conductivity of concrete. A permeability system is developed and constructed during this PhD based on the experimental program. An experimental campaign is carried out to study the effect of thermal and/or mechanical creep on dry gas permeability of concrete. Permeabilities in longitudinal and radial directions with respect to load axis are addressed. The loading induced anisotropic permeability is analyzed. Furthermore, the determination of the structural permeability along the steel-concrete interface at different shear loadings is still an open issue. An experimental program is carried out which deals with the mechanical behavior of reinforced concrete subjected to a push-in test, as well as with a permeability analysis along the steel-concrete interface at different load levels. A first attempt to simulate the test using the proposed continuous approach is performed.This thesis was the occasion to conduct a new experimental campaign, to produce original results, to perform numerical modeling and to compare two proposed approaches to validate the models in order to apply them at the structural scale.

L'étude du comportement sous incendie des bétons a particulièrement pris son essor depuis des incendies répétés de tunnels comme celui sous la Manche ou du Mont-Blanc. La problématique de résistance au feu est essentielle puisque les éclatements qui peuvent accompagner la diminution de résistance du matériau sont de nature à fragiliser fortement les structures. Depuis plusieurs décennies, le domaine de la résistance au feu des bétons ordinaires et à hautes performances a été exploré tant expérimentalement que théoriquement. Cependant il existe des matériaux plus récents, que sont les bétons fibrés à ultra performances (BFUP), pour lesquels le phénomène d'instabilité thermique est accentué et dont le comportement mécanique à chaud n'a pas été beaucoup exploré. L'étude menée ici a pour vocation de s'intéresser à un BFUP particulier, le BCV®, fourni par l'entreprise Vicat. Les résultats exposés permettent de mieux comprendre l'efficacité des fibres de polypropylène face aux autres fibres synthétiques, grâce à une approche expérimentale originale complétée par une étude à l'échelle microscopique. Cette dernière est constituée de nombreuses analyses au microscope électronique à balayage ainsi que d'études de porosimétrie au mercure. Cette première phase est suivie d'un vaste programme de caractérisations mécaniques à chaud sur le BCV® à des températures variant de 20°C à 1100°C, essais peu courants pour ce genre de matériau. Ce travail contribue à la compréhension du comportement des BFUP à haute température, et montre que l'évolution avec la température de leurs caractéristiques mécaniques principales (résistance en flexion, résistance en compression et module d'élasticité) est assez semblable à celle des bétons ordinaires. Les résultats de cette étude contribuent à une meilleures connaissance du comportement à haute température des bétons fibrés à ultra performances. / Study of concrete behaviour under fire has really increased since the occurence of several fires in tunnels such as the Chunnel or the Mont-Blanc tunnel. Fire resistance of concrete is a very important subject because the possible spalling coupled with a decrease of the strength of the material can deeply weaken the structures. For decades the fire resistance field of ordinary concrete and high performance concrete was studied experimentally and theorically. However more recent materials such as ultra-high performance fibre reinforced concrete (UHPFRC), for which spalling phenomenon is emphasized and whose high temperature mechanical behaviour has not been studied so much. The present study is aimed to study a particular UHPFRC, the BCV®, supplied by Vicat. The results enable to better understand the effenciency of polypropylene fibres compared to other synthetic fibres, thanks to an original experimental approach coupled with a study at the microscopic scale. The latter consists in various scanning electron microscope analysis and mercury intrusion porosimetry. This first part is followed by a wide number of experimental results which characterize the mechanical behaviour of BCV® for a range of temperatures from 20°C to 1100°C. Experiments in such testing conditions are not common for this material. The work achieved contributes to a better understanding of the high performance behaviour of UHPFRC. It reveals also that the evolution with temperature of main mechanical characteristics (bending strength, compression strength and Young Modulus) is really close to those of ordinary concretes. The results of this study contributes to a better knowledge of ultra-high performance fibre reinforced concrete under high temperature.

Ce travail de thèse porte sur la synthèse de nouveaux matériaux nanostructurés sous conditions extrêmes de pression et de température (P > 5 GPa et T > 1000 °C). Les matériaux que nous étudions sont basés sur un élément particulier : le bore. Ces matériaux présentent des propriétés uniques. D'une part, les allotropes du bore présentent des duretés élevées et une grande inertie chimique. D'autre part, les alliages du bore (ou borures métalliques) présentent des propriétés variées, de la thermoélectricité (HfB2) à la supraconductivité (MgB2). La synthèse en sels fondus est utilisée afin d'obtenir des systèmes nanostructurés comprenant deux composants : des nanoparticules cristallines d'environ 10 nm de borures métalliques (HfB2 ou CaB6) comprises dans une matrice de bore amorphe.Le traitement sous haute pression et température est le seul permettant de cristalliser la phase amorphe. La conservation de la nanostructure initiale est démontrée. Plusieurs nouveaux matériaux sont ainsi synthétisés : des nanocomposites borure/borate (HfB2/HfB2O5 ou CaB6/CaB2O4) ou borure/bore (HfB2/?-B ou CaB6/?-B), premiers membres de nouvelles familles de nanomatériaux. Un précurseur de bore amorphe nanostructuré synthétisé en sels fondus est ensuite utilisé. Il est cristallisé sous haute pression et haute température. En sus de la première occurrence de bore epsilon nanostructuré, deux nouvelles phases riches en bore sont obtenues, dont la structure est en cours de résolution. En somme, ce travail conduit à une nouvelle méthode de synthèse à la frontière entre la chimie des nanomatériaux et la physique des hautes pressions et températures, à l'origine de nouveaux nanomatériaux et structures. / In this PhD work, we develop a way to prepare new nanostructured materials under extreme pressure and temperature conditions (P > 5 GPa et T > 1000 °C). The studied materials are based on a specific element: boron. Indeed, these materials have unique properties. On the one hand, boron allotropes exhibit high hardness and chemical inertness. On the other hand, metal-boron alloys (metal borides) span a wide range of properties, from thermoelectricity (HfB2) to superconductivity (TiB2). We use the synthesis in molten salts to reach nanostructured systems with two components: crystalline boride nanoparticles (ca. 10 nm) embedded in an amorphous boron matrix. High pressure high temperature treatments on these systems enable crystallisation of the amorphous component into unique phases, thus yielding new nanomaterials: boride/borate (HfB2/HfB2O5 or CaB6/CaB2O4) or boride/boron (HfB2/β-B or CaB6/β-B) nanocomposites, representing the first members of new nanomaterials families. In a final step, a specific nanostructured amorphous boron precursor is synthesised in molten salts. It is crystallised under high pressure and temperature. In addition to the first nanostructured occurrence of the epsilon-boron phase, we report two new boron-rich phases, which structure is under resolution. All in all, a new synthetic route is developed at the frontier of nanomaterials chemistry and high pressure and temperature physics, leading to new nanomaterials and structures.

Depuis l’entrée en vigueur de la directive RoHS (Restriction of Hazardous Substances Directive) interdisant l’utilisation du plomb, les industriels des secteurs aéronautique et militaire se doivent de comprendre le comportement en fatigue des nouveaux alliages sans plomb afin de pouvoir estimer leur durabilité en conditions réelles d’utilisation. En se basant sur les résultats d’essais accélérés et les modélisations éléments-finis associées, les modèles de fatigue mécanique et thermomécanique correspondant aux brasures SAC305 sont développés. Le 1er chapitre traite de la caractérisation mécanique et optique de cet alliage sans plomb. Après une étude bibliographique poussée, les propriétés élastiques et viscoplastiques de l’alliage SAC305 sont établies à partir d’essais d’écrouissage, de traction et de nanoindentation. La courbe d’hystérésis contrainte - déformation en cisaillement est en outre tracée via l’utilisation de jauges de déformation. Des analyses EBSD sont finalement réalisées afin d’identifier les caractéristiques microstructurales des joints de brasure SAC305 après refusion. Le chapitre 2 a pour objectif d’évaluer la durabilité des interconnexions SAC305 soumises à des chargements en vibrations et en chocs. L’hypothèse élastique est retenue et les paramètres matériaux du modèle de Basquin sont déterminés. À partir de l’algorithme de comptage rainflow et de la loi de Miner, une méthode d’évaluation de la durabilité en vibration aléatoire est donnée. La tenue mécanique en chocs des brasures SAC305 est enfin discutée et comparée à l’alliage SnPb63Ag2. Le dernier chapitre porte sur l’étude de la fatigue thermomécanique des joints brasés SAC305. En utilisant le modèle viscoplastique unifié d’Anand, la loi de fatigue énergétique correspondant est développée. Le phénomène de recristallisation caractéristique de l’endommagement thermomécanique des brasures SAC305 est finalement investigué à partir d’analyses EBSD. / Temperature and vibration-induced solder joint fatigue are main reliability concerns for aeronautic and military industries whose electronic equipment used in the field is required to remain functional under harsh loadings. Due to the RoHS directive which eventually will prevent lead from being utilized in electronic systems, there is a need for a better understanding of lead-free solder behavior used in thermal en vibrational environments. This study reports fatigue life prediction methodologies developed to assess the durability of SAC305 solder joints subjected to temperature variations and vibration loadings. Based on accelerated tests and finite element analysis, solder joint fatigue models corresponding to each environment are developed. Chapter 1 discusses SAC305 solder mechanical characterization and its microstructural features. An indepth literature review is conducted and SAC305 solder elastic and viscoplastic properties are determined through tensile, creep and nanoindentation tests. An approach never considered for lead-free solder joints is also applied to plot the SAC305 shear strain - stress hysteresis loop. EBSD analysis is finally performed in order to identify the microstructural “finger print” of asreflowed SAC305 solder joints. Chapter 2 aims to determine the polycyclic fatigue curve corresponding to SAC305 interconnects damage under harmonic vibrations. Considering the rainflow counting algorithm along with the Miner’s linear damage rule, the corresponding Basquin’s model is used as an input data for assessing SAC305 durability under random vibrations. SAC305 endurance under shock loading is finally discussed and compared with SnPb36Ag2 assemblies. The final chapter deals with the thermomechanical fatigue assessment of SAC305 solder joints. An energy-based model is developed using Anand unified viscoplastic law. EBSD analysis is finally conducted to assess the SAC305 microstructure evolution throughout thermal cycling characterized by -Sn grains recrystallization.

D’après le dernier rapport du groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC), le réchauffement climatique devrait se poursuivre au cours du siècle prochain. La température atmosphérique moyenne pourrait augmenter de 0,3°C à 4,8°C avec des valeurs extrêmes allant de 1°C à 6°C en 2100. Ces changements de température auront des conséquences directes et indirectes sur l’ensemble de la biodiversité et plus particulièrement sur les poissons qui sont des animaux poïkilothermes. Dans cette étude, trois espèces ont été choisies en prenant en compte leur stratégie de reproduction et leur différence de tolérance thermique : la truite commune (Salmo trutta), le brochet (Esox lucius) et la carpe commune (Cyprinus carpio). Nous avons, pour chacune des trois espèces, appliqué les mêmes différences de température par rapport à leur température de référence (-4, -2, Tref, +2, +4°C) et étudié les effets sur la survie et le développement des embryons et des larves au cours de l’ensemble de la période d’alimentation endogène. Ce travail a confirmé la loi générale de l’impact de la température sur la période d’incubation (Q10 ~3). La truite commune montre une forte diminution de sa survie lors d’une augmentation de quatre degrés, néanmoins les larves survivantes sont plus grandes et ont un contenu énergétique plus important. La survie des larves de brochet augmente avec la température, ces larves sont les plus grandes et leur contenu énergétique est plus important à la température la plus élevée. La survie de la carpe n’est pas affectée par la température ; néanmoins les larves élevées à basse température sont les plus petites et présentent un faible contenu énergétique. Les résultats de survie pour les premiers stades de vie sont en concordance avec les modélisations des aires de répartition actuelle. Dans le futur, la prise en compte de la niche thermique théorique des premiers stades de vie pourrait permettre d’affiner les prévisions des aires de répartition / According to the latest report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), global warming is expected to continue over the next century, the average temperature could increase by 0.3 ° C to 4.8 ° C with extreme values ranging from 1 ° C to 6 ° C by 2100. These temperature changes will have direct and indirect consequences on the overall biodiversity and specifically fish which are poikilotherms. In this study three species were selected taking into account their reproductive strategy and their thermal tolerance: brown trout (Salmo trutta), pike (Esox lucius) and common carp (Cyprinus carpio). We have applied for all three species the same temperature range of from their referential temperature (-4, -2, Tref °C, +2, + 4 ° C). To carry out this study, we investigated biological traits related to survival and development during the endogenous feeding period. This work confirmed the general law of the impact of temperature during incubation phase (Q10 ~ 3). For brown trout, the results show a collapse of its population with an increase of four degrees; nevertheless surviving larvae were the longest and had a more energetic content. The survival rate of pike larvae increased when temperature increased, these larvae were the longest and the had more energetic content. The survival of the carp was not affected by temperature; nevertheless, at the lowest temperature (16°C), the larvae were smaller and had a lower energetic content. The survival results for the early stages of life are an agreement with the current distribution models. In view of this study the theoretical thermal niche species of early live stage should be undertaken to continue to refine prediction models from range