L'objectif de ce travail était d'étudier les interactions entre une protéine modèle, l'albumine de sérum bovin (BSA), et la surface d'un acier inoxydable ferritique, le Fe-17Cr, lors des toutes premières étapes de formation de la couche d'oxyde en solution aqueuse. Différents paramètres ont été testés : potentiel (potentiel de corrosion Ecor et potentiel passif), pH (compris entre 1,3 et 10) et absence/présence d'ions chlorures en solution. Pour atteindre cet objectif, des méthodes électrochimiques (courbes de polarisation, spectroscopie d'impédance électrochimique (SIE)) et la spectroscopie de photoélectrons induits par rayons X (XPS) ont été couplées. En absence de chlorures, les mesures d'impédance révèlent une inhibition de la corrosion par la BSA, à pH 1,3 et Ecor. Les analyses XPS montrent que la couche de BSA adsorbée sur la surface d'acier inoxydable (molécules chimiquement intactes ; épaisseur d'environ 4 nm) n'a d'effet ni sur la composition chimique ni sur l'épaisseur des couches d'oxyde et d'hydroxyde. Par conséquent, l'inhibition de la corrosion mise en évidence à pH 1,3 et Ecor est due à la protéine elle-même et non pas à un changement de composition chimique et/ou d'épaisseur des couches de surface. En présence de chlorures (NaCl 0,5M), la protéine accélèrerait la corrosion localisée du Fe-17Cr passivé à pH 5,5 ; de plus, le potentiel de piqûration Ep est plus faible quand la passivation et l'exposition à la BSA sont simultanées. Le potentiel de piqûration est d'autant plus cathodique que la quantité de protéine adsorbée est importante.

Ce travail constitue une première étape dans la compréhension et la modélisation du comportement de contacts en frottement dans un environnement corrosif. On s'intéresse plus particulièrement à des stsructures évoluant en milieu marin.<br /><br />La première partie fait une large part à l'expérimentation, avec le développement d'un moyen d'essai original, et précise l'importance relative des phénomènes électrochimiques et mécaniques pour un contact ponctuel acier inoxydable / alumine en milieu neutre chloruré (NaCl 30 g/l). Le deuxième volet s'est attaché au développement d'une modélisation par équations intégrales des problèmes de contacts ponctuels entre des structures élastoplastiques homogènes ou revêtues en frottement continu.

Fabriqués industriellement depuis seulement une trentaine d'années, les aciers inoxydables austéno-ferritiques, dits duplex, sont encore peu connus. Leur comportement en fatigue plastique a fait l'objet de quelques études portant sur les sollicitations uniaxiales mais d'aucune sur les sollicitations multiaxiales. Or seule une connaissance approfondie des phénomènes influant sur son comportement permet de simuler et de prédire correctement le comportement d'un matériau dans une structure. <br />Ce travail a pour but l'étude et la modélisation du comportement d'un acier inoxydable duplex sous chargement biaxial cyclique. Une démarche en trois étapes a été adoptée.<br />Une première campagne d'essais de traction-torsion cycliques sur éprouvettes tubulaires a été menée. Nous avons étudié l'équivalence des directions de chargement, puis nous avons porté notre attention sur l'influence du trajet et de l'histoire du chargement. Les résultats ont montré que l'acier inoxydable duplex présente un sur-écrouissage sous sollicitations non-proportionnelles, et que son comportement dépend des sollicitations effectuées auparavant.<br />Ensuite, afin d'interpréter les résultats obtenus lors de cette première campagne d'essais, la surface de plasticité a été mesurée plusieurs fois par cycle pendant le même type d'essai cyclique. Un très faible offset de déformation plastique (2 10-5) a été utilisé afin de ne pas perturber la surface à mesurer. Les évolutions des variables d'écrouissage isotrope et cinématique en ont été déduites.<br />Enfin, trois modèles phénoménologiques de comportement ont été identifiés sur la base expérimentale. Nous nous sommes attachés à la simulation des niveaux de contrainte stabilisée ainsi qu'à la représentation du comportement de durcissement/adoucissement cyclique. La comparaison des résultats expérimentaux et numériques nous a permis de tester la validité des modèles identifiés.

Quelques cas de fissurations de composants en acier inoxydable austénitique 304L dus à un phénomène de fatigue thermique ont été recensés, en particulier sur les circuits de Refroidissement du Réacteur à l'Arrêt (RRA) des Réacteurs à Eau Pressurisée (REP). EDF a lancé un programme de R&D afin de comprendre et d'évaluer les risques de dommages dans ces circuits. Le test développé à EDF, INTHERPOL, est un essai de fatigue thermique de type structure sur maquette tubulaire et soumis à un chargement périodique. Ces essais sont réalisés sous différents niveaux de chargement, états de surface et soudures afin de rendre compte de ces paramètres sur l'amorçage des fissures. L'objectif de cette étude est de définir une méthodologie permettant la justification d'un critère de fatigue tenant compte de l'influence de l'état de surface, à l'aide d'une approche multi-échelle. La première partie du travail consiste à caractériser le matériau (304L) et particulièrement sa surface. Les premiers résultats de la caractérisation de la surface montrent un fort gradient d'écrouissage initial du matériau sur 250 microns en profondeur. Ce gradient n'évolue pas avec le cyclage thermique. Pour cette caractérisation, des mesures de microduretéet des observations de la microstructure (MET) ont été réalisées. La deuxième partie est la modélisation macroscopique des essais INTHERPOL permettant de déterminer les champs de contrainte et déformation issus des cycles thermiques. La troisième partie du travail consiste ensuite à évaluer l'effet de la rugosité de surface et du gradient d'écrouissage à échelle plus fine à l'aide d'une modélisation à l'échelle du polycristal, basée sur la variation des densités de dislocations. Un objectif pour l'avenir est d'aider, par ces modélisations polycristallines, au choix de critères de fatigue prenant en compte l'influence de l'état de surface (critères énergétiques ou de types plan critique par exemple).

L'irradiation par un laser Nd-YAG pulsé est mise en oeuvre afin d'élaborer des revêtements épais sur acier inoxydable X30Cr13, par fusion superficielle avec apport de bore ou nitrure de bore hexagonal (h-BN): alliages borurés polyphasés ou composites métal-céramique. Les coupes métallographiques permettent de déterminer l'épaisseur de chaque revêtement (zone fondue) et révèlent des microstructures de solidification caractéristiques: front plan, cellulaire et dendritique. Les caractéristiques optiques du faisceau laser sont déterminées: divergence, distance focale, rayon du spot et distribution de la puissance dans le plan focal. La simulation des effets thermiques est fondée sur la modélisation par différences finies de la distribution spatio-temporelle de la température, dans l'acier irradié par balayage du faisceau pulsé. Par ce moyen, la prévision de l'épaisseur atteinte par la zone fondue et la description de l'avancement du front de fusion durant l'irradiation deviennent possibles, d'où une meilleure description des conditions d'incorporation de matière, selon un processus de fusions et solidifications successives. Les propriétés mécaniques, module d'élasticité et dureté, des divers revêtements sont déterminées à partir d'essais de nanoindentation. Dans des conditions d'irradiation optimales, la dureté du composite atteint 10 GPa et celle de l'alliage boruré, 14 GPa, alors que l'acier non traité a une dureté de 4 GPa. L'analyse systématique du comportement tribologique des revêtements est effectuée en configuration bille-sur-disque, à 25 °C sous différentes charges (1 à 10 N), puis à 300 et 500 °C sous 2 N. A température ambiante, le glissement à sec sur bille en rubis de ces deux types de revêtements est caractérisé par un coefficient de frottement réduit et un faible taux d'usure volumique, par rapport à ceux de l'acier non traité, révélant une résistance nettement renforcée envers l'usure adhésive et/ou abrasive. A partir de 300 °C, en revanche, leur tenue au frottement se dégrade, malgré l'abaissement sensible du coefficient de frottement.

Ce travail s'inscrit dans la problématique de la dégradation des prothèses de hanche cimentées par fretting corrosion. L'endommagement de l'acier inoxydable 316L, alliage constituant la tige fémorale, par frottement contre du polyméthacrylate de méthyle (PMMA), composé modèle du ciment chirurgical, a été particulièrement étudié. Deux types d'expériences ont été envisagées : à sec et en solution de Ringer voisine, par sa teneur en chlorures, de la composition du liquide physiologique. Dans un premier temps, à partir des conditions expérimentales choisies de déplacement et de force normale, la carte de fretting a été tracée pour le contact 316L/PMMA permettant de fixer des conditions reproductibles de glissement total pour un déplacement sinusoïdal de demi-amplitude égale à 40 μm et des forces normales comprises entre 42,5 N et 170 N. Ensuite, l'étude, à sec, du fretting entre l'acier inoxydable et du PMMA a permis de quantifier le volume d'usure du PMMA, seul matériau à se dégrader, en fonction de l'énergie dissipée. Le phénomène de stick-slip a été nettement mis en évidence lors du glissement et augmente en fonction de la force normale de contact. Grâce à la transparence du PMMA, la production et l'évolution des débris ont pu être isolées et commentées en cours de fretting. De plus, les analyses infrarouges des débris de PMMA, à la surface de l'acier inoxydable, ont amené des informations sur le changement de configuration au cours du processus de dégradation. En solution de Ringer, milieu corrosif, l'acier inoxydable se dégrade d'une manière très significative pendant le fretting contre du PMMA et du ciment chirurgical. Au cours du processus de dissolution à potentiel libre, la réaction de réduction des ions oxoniums semble s'ajouter à la réduction du dioxygène. L'acier inoxydable 316L présente une forme particulière d'usure en ‘W'. Un effet de crevasse permet de proposer un mécanisme d'endommagement assisté par le fretting. De plus, l'énergie dissipée varie en fonction du potentiel imposé. Une analyse des courants a montré l'existence d'une réaction cathodique supplémentaire. Enfin, les expériences effectuées à l'air ambiant et en solution de Ringer ont fourni des données quantitatives d'usure du PMMA et du 316L.

Cette étude vise à appréhender le phénomène de propagation de fissure par fatigue thermique induisant un gradient de température dans l'épaisseur. Dans un premier temps, un dispositif expérimental original a été mis au point, permettant de soumettre une éprouvette parallélépipédique de 304L à du cyclage thermique entre 350°C et 100°C, en l'absence de chargement mécanique. Deux entailles semi-circulaires (profondeur 0,1mm, de largeur 4mm) ont été usinées. Les essais interrompus réalisés ont permis de caractériser et quantifier la propagation de la fissure existante en surface et à coeur.<br />Dans une deuxième partie, des calculs numériques tridimensionnels ont été effectués sous Abaqus. Une automatisation utilisant Python a permis de simuler la propagation d'une fissure sous cyclage thermique, avec remaillage en front de fissure à chaque pas de calcul. Aucune hypothèse n'a été prise sur la forme de fissure durant la propagation. Une comparaison avec les résultats d'essais montre une très bonne concordance sur l'évolution de la forme du front de fissure ainsi que sur les cinétiques de propagation au bord et à coeur.<br />Une approche analytique a également été développée se basant sur le calcul du facteur d'intensité de contraintes (FIC). Une approche bidimensionnelle a d'abord été mise en place nous permettant de mieux comprendre l'influence de différents paramètres thermiques et géométriques. Enfin, une approche tridimensionnelle, avec une fissure demeurant elliptique pendant la propagation, a abouti à une prédiction de la propagation en largeur et profondeur de la fissure tout à fait comparable à celle obtenue numériquement, mais avec des temps de calcul bien moindres.

La nanostructure et les propriétés électroniques locales de films passifs formés sur Ni(111) et Fe-18Cr-13Ni(100) ont été étudiées par microscopie à effet tunnel sous potentiel électrochimique (EC-STM) et par spectroscopie à effet tunnel combinée à l'imagerie (STM/STS). Les propriétés électroniques des sites granulaires et inter-granulaires de films passifs ultraminces formés sur le nickel dans différentes conditions de pH et potentiel ont été différenciées par STM/STS pour la première fois. Elles montrent les variations locales en lacunes anioniques ou en lacunes cationiques aux joints de grains des différentes couches passives formées. Les mesures sur l'acier inoxydable mettent en évidence l'hétérogénéité locale en épaisseur de la couche superficielle ultramince d'oxyde natif. La croissance des grains d'oxyde/hydroxyde est générée par la passivation de la surface et localisée préférentiellement sur les bords de marches du substrat. L'étude à haute résolution in situ montre la formation de zones cristallisées après 2-3 heures de passivation. L'étude par STM/STS du film natif et de films passifs formés à des temps de polarisation croissants montre la présence de deux types de sites ayant des propriétés électroniques différentes attribuées à la variation de la composition locale. Après passivation la largeur du gap augmente considérablement sur les deux types de sites du fait de l'enrichissement en Cr3+ du film passif mais l'hétérogénéité locale attribuée à la concentration en Fe2+ subsiste. Le vieillissement provoque des variations similaires mais atténuées

Cette thèse porte sur l'étude du régime de diffusion multiple des ondes ultrasonores dans les milieux à microstructure complexe. Dans le cadre du Contrôle Non-Destructif (CND), nous nous sommes plus particulièrement intéressés aux aciers inoxydables forgés et moulés, utilisés dans l'industrie nucléaire. Dans un premier temps, une étude expérimentale a été réalisée, utilisant des capteurs linéaires multiéléments. Sur une bande de fréquences s'étalant de 1 MHz à 12 MHz, nous avons mesuré la matrice de réponse inter-éléments et en avons déduit, grâce à différents post-traitements, des valeurs de certains paramètres caractéristiques de la propagation de l'onde multiplement diffusée (libre parcours moyen, distance de corrélation du champ). De plus, la mise en évidence et l'étude du phénomène de rétrodiffusion cohérente dans ces aciers nous a permis d'accéder à une mesure de la constante de diffusion D. Par la suite, nous avons développé une méthode de simulation du bruit de structure fondée sur le couplage entre l'approximation de la diffusion et un algorithme de génération de bruit corrélé aléatoire. Les paramètres mesurés précédemment ont été utilisés en entrée de cette méthode. Se plaçant dans le contexte du CND, elle prend en compte l'influence du capteur en émission et réception. Des comparaisons avec des mesures de bruit effectuées dans les échantillons d'acier montrent un bon accord des résultats de simulation lorsque les contributions de diffusion multiple dominent celles de diffusion simple.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Sciences des matériaux : Lille 1 : 2004. / N° d'ordre (Lille 1) : 3532. Résumé en français et en anglais. Titre provenant de la page de titre du document numérisé. Bibliogr. p. 171-176.