La fissuration intergranulaire par corrosion sous contrainte affecte depuis plusieurs décennies certaines pièces en alliage 600 (NC15FE) des réacteurs nucléaires à eau sous pression, telles que les tubes de générateur de vapeur et les manchettes d'adaptateur pour couvercle de cuve, exposées pendant plusieurs dizaines de milliers d'heures au milieu primaire (eau pure désaérée, additionnée d'hydrogène, de bore et de lithium entre 290 et 325°C). L'objectif de l'étude est une meilleure compréhension des mécanismes responsables de la fissuration, en particulier des interactions entre les sollicitations mécaniques locales et les effets d'environnement liés à la présence d'un milieu oxydant. Des essais de propagation de fissure sur éprouvettes CT ont été réalisés en fatigue continue et en fatigue fluage. L'analyse des résultats a porté sur les sollicitations mécaniques locales (calcul par éléments finis), les modes d'oxydation (expertises par microscopie électronique en transmission) et les interactions entre l'environnement et le comportement mécanique du matériau (essais sur produit mince). La propagation de fissure intergranulaire à 550°C sous différentes pressions partielles d'oxygène a été reliée à un endommagement de fluage. La formation d'oxydes riches en nickel et/ou en fer accélère le fluage dislocation à proximité de la surface. Elle étend alors le domaine de rupture intergranulaire vers les vitesses de déformation locales plus élevées imposées en fatigue continue. Des résultats analogues ont été obtenus à 400°C. Les essais en présence d'eau désaérée (vapeur à 400°C, milieu primaire à 320°C) ont également conduit à une propagation de fissure intergranulaire et à la formation d'oxydes riches en nickel. Les faciès de rupture sont identiques à ceux obtenus en corrosion sous contrainte. Une activation locale du fluage dislocation par les réactions d'oxydation est également envisagée pour rendre compte des résultats expérimentaux.

L’excellente coulabilité, les coûts de production relativement bas, et ratio poids/résistance mécanique élevé des alliages de fonderie Al-Si-Mg en font une des solutions les plus intéressantes dans le secteur automobile ainsi que dans le domaine aérospatial. Toutefois, il est bien connu que la durée de vie de ces composants moulés à grand nombre de cycles (105 < Nf < 107 cycles) est sévèrement réduite lorsque des défauts de fonderie (notamment pores et oxydes) sont débouchants et/ou subsurfaciques sont présents. Ces défauts concentrent les contraintes et peuvent considérablement réduire la période d’amorçage des fissures de fatigue en fonction de leur taille, forme et des caractéristiques microstructurales du matériau. Les défauts internes (à partir desquels les fissures peuvent amorcer et propager sans interaction avec l’air ambiant) ainsi que les défauts de surface (ceux qui sont placés à la surface et en contact direct avec l’air ambiant) vont également nuire la durée de vie des composants moulés. Toutefois, dans le cas des défauts internes, les coefficients de sécurité préconisés par les règles de conception ne font pas intervenir la distance de défaut par rapport à la surface. Le suivi de fissures de fatigue effectué à la surface d’éprouvettes macroscopiques de traction indique que la présence d’un défaut avec une taille supérieure à celle des fissures microstructuralement courtes (√A ≈ 500 μm, taille contrôlée par la SDAS) produit une remarquable réduction de la durée vie. En revanche, la durée de vie n’est pas affectée lorsqu’un défaut plus petit (√A ≈ 300 μm) est présent à la surface car l’amorçage et les premiers stades de propagation sont encore influencés par la SDAS. Les essais de fatigue en torsion pure montrent que la morphologie des surfaces de rupture est fortement influencée par le niveau de contrainte. De plus, le nombre de cycles à l’amorçage est réduit par rapport à la traction. Cet amorçage est multi-site et plusieurs fissures peuvent croitre simultanément au cours de la durée de vie d’une éprouvette, la rupture finale se produisant lors de la jonction de certaines de ces fissures. La propagation des fissures en torsion est largement influencée par la cristallographie locale et les retassures ne semblent pas être des sites de nucléation préférentiels. Les durées de vie odes échantillons macroscopiques contenant défauts artificiel internes (Øeq ≈ 2 mm) sont pratiquement similaires à celles obtenues avec un matériau de référence. L’amorçage et la propagation de fissures internes a été rarement observé lors des expériences de tomographie synchrotron. Dans les rares cas où de telles fissures ont pu être observées, le chemin de fissuration semble fortement influencé par la cristallographie alors que les fissures amorcées depuis la surface se propagent globalement en mode I. La vitesse de propagation des fissures internes est très inférieure à celle des fissures se propageant à partir de la surface. / The excellent castability, relatively low production costs, and high strength to weight ratios make Al-Si-Mg cast alloys an attractive choice for use in cheaper and lighter engineering components, in both automotive and aerospace industries. However, it is well known that High Cycle Fatigue (HCF) lives (105 < Nf < 107 cycles) of cast components are severely reduced when casting defects (notably pores and oxides) are present at the free surface or subsurface. They act as stress raisers which can considerably reduce the crack incubation period depending on their size, shape and the microstructural features of the surrounding material. Internal casting defects are of special interest to this work. The application of safety coefficients considers that all casting defects present in a component have the same deleterious effect and no attention is paid, for example, to their distance to the free surface. In other words, internal defects (corresponding to the case where the depth of the defect allows crack nucleation and propagation to essentially occur without interaction with the air environment) are considered as damaging to fatigue life as surface defects (those placed at the free surface and in contact with the air environment). Surface crack monitoring performed on uniaxial fatigue specimens indicates that the presence of a surface microshrinkage exceeding the size of microstructurally small cracks (√A ≈ 500 μm, controlled by the SDAS) readily nucleates a fatigue cracks producing steady crack propagation and remarkable reduction in the expected fatigue life. A smaller surface defect (√A ≈ 300 μm) nucleated a crack that did not reduced the expected fatigue life as in this case early stages of propagation are still nfluenced by the SDAS. Pure torsional cycling reveals that the morphology of fracture surfaces is highly influenced by the stress level. In general, torsional fatigue behaviour is described by having reduced (with respect to uniaxial testing) and multisite crack nucleation periods. Several dominant cracks can evolve simultaneously and the final failure occurs by the linkage of some of those cracks. Crack propagation is controlled by the crystallography and pores do not appear to be preferential nucleation sites. S-N curves show that macroscopic specimens containing Øeq ≈ 2 mm internal artificial defect produce similar fatigue lives to those obtained with a defect-free material. Internal crack nucleation was rarely observed during synchrotron tomography experiments; instead the fatal cracks initiated from much smaller surface defects. Tomographic images show that, in the case of internal propagation, crystallographic paths are formed while surface cracks propagate in mode I. The crack growth rate of internal cracks is much smaller than that of cracks propagating from the free surface.

La modélisation de certains matériaux solides nécessite la prise en compte des effets de changement de phase. Dans ce travail, un modèle d'un matériau solide présentant ce phénomène est proposé. Le changement de phase y est décrit par des variables internes qui représentent les proportions de phase. A partir de leur définition et du fait que ces variables ne sont pas indépendantes de la déformation macroscopique, le modèle considéré rentre dans le cadre des matériaux standards généralisés avec des variables d'état liées. Une extension de la méthode des deux potentiels en présence des liaisons internes est proposée. Par souci de clarté, la présentation est donnée suivant le formalisme des multiplicateurs de Lagrange. Les équations d'état sont écrites en fonction du lagrangien associé. L'évolution des variables internes irréversibles est obtenue par les lois complémentaires. La possibilité de considérer le changement de phase réversible ou irréversible est discutée d'une manière générale. Le problème de la stabilité du matériau est aussi examiné et met en lumière l'important rôle de l'énergie d'interaction entre les phases. Comme applications, le modèle en question est d'abord utilisé pour décrire le comportement des matériaux à mémoire de forme, ensuite il est appliqué comme un modèle d'endommagement fragile partiel quand l'endommagement est interprété comme étant un changement de phase irréversible. Enfin, un programme de calcul par éléments finis est écrit afin de simuler ce comportement.

L'ETUDE EXPERIMENTALE A DEMONTRE (1) L'INFLUENCE IMPORTANTE DE CERTAINS PARAMETRES (FO2, COMPOSITION DE L'ALLIAGE METALLIQUE, FS2) SUR LA SOLUBILITE DES EGP DANS LES LIQUIDES BASALTIQUES ET (2) LE ROLE SENSIBLEMENT MOINS IMPORTANT D'AUTRES PARAMETRES (T, COMPOSITION DU LIQUIDE SILICATE). A 1 ATM, 1300< T <1430\C ET POUR LES COMPOSITIONS DAF0, LA SOLUBILITE DES EGP AUGMENTE AVEC LA FO2 ET T. LES EGP SONT DISSOUS DANS LE BAIN SILICATE SOUS FORME D'ESPECES OXYDEES ET METALLIQUES. LE CALCUL DE SPECIATION MONTRE LA PRESENCE DE TROIS (PD) ET DEUX (PT) ESPECES DISSOUTES DONT LES PROPORTIONS VARIENT AVEC LA FO2. LA DEPENDANCE POSITIVE DE LA SOLUBILITE DES EGP AVEC LA TEMPERATURE IMPLIQUERAIT UNE PREFERENCE POUR LES ESPECES EGP OXYDEES. L'INTRODUCTION DU FER DANS LE SYSTEME SILICATE (DAF5 ET DAF10) N'INFLUE PAS SUR LA TENDANCE GENERALE DE SOLUBILITE DES EGP AVEC LA FO2. CEPENDANT, PT ET PD SONT DISSOUS SOUS FORME OXYDEE (2+). EN PRESENCE DE SOUFRE, LES SOLUBILITES DES EGP MONTRENT UNE INVERSION DE LA TENDANCE AVEC UNE AUGMENTATION DES CONCENTRATIONS DE PD ET PD (1) VERS LES CONDITIONS REDUCTRICES ET (2) AVEC L'INTRODUCTION DU FER. LE TRAITEMENT THERMODYNAMIQUE DES RESULTATS ET LEUR COMPARAISON AVEC LES CONCENTRATIONS EN EGP MESUREES OU ESTIMEES DANS UN CERTAIN NOMBRE DE LIQUIDES NATURELS MONTRE QUE : (1) EN ABSENCE DE SOUFRE ET POUR DES COMPOSITIONS DE METAL PUR (PT ET/OU PD), LES CONCENTRATIONS PREDITES SONT TRES SUPERIEURES A CELLES DES LIQUIDES NATURELS. LA PRISE EN COMPTE D'ALLIAGES D'ACTIVITE EN EGP < 1 REDUIT LES ECARTS ENTRE LES VALEURS DE PT ET PD DU MODELE ET DES LIQUIDES NATURELS. (2) EN PRESENCE DE SOUFRE, ET MALGRE L'ABSENCE DE DONNEES PRECISES SUR LA FS2 DES SYSTEMES NATURELS, LA COMPARAISON EST ENCOURAGEANTE. ENFIN, LES RESULTATS DU CALCUL DES COEFFICIENTS DE PARTAGE DE PT ET PD ET LEUR COMPARAISON AVEC CEUX ESTIMES A PARTIR DES ABONDANCES DES EGP DANS LE MANTEAU MONTRE QUE LES TENEURS OBSERVEES NE SONT PAS LE RESULTAT D'UN EQUILIBRE CHIMIQUE ENTRE LE COEUR ET LE MANTEAU. LA PRESENCE DE SOUFRE POURRAIT REGLER LE PROBLEME DU SURPLUS DES EGP ET CONSTITUE UNE BONNE HYPOTHESE DE TRAVAIL.

La recherche de nouvelles voies de correction de la scoliose idiopathique a une longue histoire. Le traitement conventionnel de la scoliose idiopathique est présenté par le port du corset ou par la correction opératoire de la déformation. Depuis leur introduction, les deux méthodes ont prouvé leur efficacité. Cependant, malgré des caractéristiques positives évidentes, ces méthodes peuvent causer un nombre important d'effets indésirables sur la santé du patient. Les techniques sans fusion pour le traitement de la scoliose semblent être une alternative perspective de traitement traditionnel, car ils apportent moins de risques et des complications chirurgicales que les méthodes conventionnelles avec la conservation de la mobilité du disque intravertébral. Cependant, l'utilisation de techniques mentionnées exige une connaissance profonde de la modulation de croissance vertébrale. L'objectif principal de la présente étude est d'estimer le potentiel d'agrafes à l’AMF de moduler la croissance des vertèbres porcines en mesurant la croissance osseuse sur la plaque de croissance de vertèbres instrumentées en comparaison avec le groupe contrôle. La méthode est basée sur la loi de Hueter-Volkmann. Nous avons choisi NiTi agrafes à l’AMF pour notre étude et les porcs de race Landrace comme un animal expérimental. Les agrafes ont été insérés sur 5 niveaux thoracique de T6 à T11. En outre, les radiographies ont été prises toutes les 2 semaines. La présence d'agrafes en alliage à mémoire de forme a produit la création de courbes scoliotiques significatives dans 4 de 6 animaux chargés et le ralentissement considérable de la croissance osseuse (jusqu'à 35,4%) comparativement aux groupes contrôle et sham. L'étude a démontré in vivo le potentiel d'agrafes en alliage à mémoire de formes de moduler la croissance des vertèbres en créant des courbes scoliotiques sur les radiographies et en ralentissant le taux de croissance sur les plaques de croissance instrumenté. La position précise de l'agrafe est essentielle pour la modulation de croissance osseuse et le développement de la scoliose expérimentale. / The search for a new ways of correction of idiopathic scoliosis was started long ago. Conventional treatments of idiopathic scoliosis comprise predominantly bracing and open correction of the deformity. Since their introduction, both methods have proven effective. However, despite evident positive characteristics, these methods can pose a significant number of undesirable effects to patient health.. There for fusionless techniques for the treatment of scoliosis seems to be a perspective alternative of traditional treatment as it presents less surgical risks and complications then conventional methods including maintenance of disc mobility. However the use of mentioned techniques demands a deep knowledge of vertebral growth modulation. The principal objective of present study is to estimate the potential of SMA staples to modulate the growth of porcine vertebrae by measuring bone growth on the growth plate of instrumented vertebrae in comparison with the control group. The method is based on the Hueter-Volkmann law. We choose NiTi SMA staples for our study and Landrace domestic pigs as an experimental animal. The staples were inserted on 5 thoracic levels from T6 to T11. Additionally, radiographs were taken every 2 weeks. The presence of shape memory alloy staples led to creation of significant scoliosis curves in 4 of 6 loaded animals and considerable slowing of bone growth (up to 35.4.%) comparatively to control and sham groups. The study has demonstrated in vivo the potential of the shape memory alloy staples to modulate the growth of vertebrae by creating scoliotic curves on radiographs and by slowing the growth rate on the instrumented growth plates. Accurate position of the staple is essential for the bone growth modulation and the development of experimental scoliosis.

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. / The objective of this work is to establish the relationships between interface chemistry and mechanical properties in bimetallic assemblies. It proves that the mechanisms which control the development of an interface between Al-Si alloy and titanium or ferrous reinforcement have a major influence on the mechanical properties of this interface. The mechanical characterization of these interfaces is performed by a 4-point bending test on the bimetallic plates elaborated by hot dip aluminizing on which a stiffener is joined by bonding or overmolding. The chemistry evolution of the interfacial reaction zone is induced by a heat treatment at 535 °C at different reaction times. The characterization of reaction zones and the crack paths is performed by X-ray diffraction and electron probe microanalysis. Before heat treatment, the analysis of mechanical tests performed on Fe/A-S7G03 interfaces leads to a value for the energy release rate of 23 J/m2 which corresponds to a crack propagation in the η- Al5Fe2 (Si) phase. As regards the Ti/A-S7G03 interfaces, their strength did not allow a crack propagation under the test conditions. After a heat treatment at 535°C, the Fe/A-S7G03 interfaces are weakened by the growth mechanism of interfacial reaction layer which leads to the appearance of Kirkendall voids within it. Conversely, in the case of Ti/A-S7G03 interfaces, the heat treatment is not associated with any weakening of the interfacial zone because of a different growth mechanism.

Les alliages métalliques complexes (CMAs) sont des composés intermétalliques dont la structure cristallographique diffère des alliages habituels par le nombre conséquent d'atomes dans la cellule unitaire et par l'occurrence d'agrégats de haute symétrie comme briques élémentaires. La structure spécifique des CMAs leur confère des propriétés physico-chimiques originales par rapport aux alliages métalliques plus classiques, en particulier ce qui concerne les propriétés de surface. L'objet de cette thèse est la détermination de la structure atomique et électronique de surfaces d'alliages métalliques complexes à base d'aluminium et cobalt par des méthodes de calcul ab initio basées sur la théorie de la fonctionnelle de la densité. Plusieurs alliages de complexités différentes ont été considérés : Al5Co2, Al9Co2 et o-Al13Co4. Les résultats des calculs réalisés dans ce travail sont confrontés aux données expérimentales.Le manuscrit comporte trois parties. La première partie porte sur les méthodes numériques utilisées. La deuxième partie porte sur l'étude des surfaces nues. Un modèle structural est proposé pour la terminaison des surfaces (001) de Al9Co2 et (100) de o-Al13Co4, qui consiste en un plan dense, riche en aluminium, obtenu par troncature du système massif. Ce résultat est en bon accord avec ce qui a été observé dans le cas des quasicristaux, qui sont un cas particulier de CMAs. Cette étude montre également que pour toutes les surfaces étudiées, la présence d'atomes de cobalt en surface est défavorable. La nature quasi covalente de certaines liaisons présentes dans les CMAs étudiés joue également un rôle fondamental dans la sélection du plan de surface.La troisième partie de ce travail porte sur l'étude de l'adsorption de plomb et d'oxygène atomique sur les surfaces (001) de Al9Co2 et (100) de o-Al13Co4. L'étude réalisée révèle que les atomes de cobalt en surface et en sous-surface exercent une influence sur la détermination des sites d'adsorption préférentiels. La relaxation des atomes du substrat est importante dans le cas de l'adsorption d'oxygène atomique. Les distances Al-O calculées correspondent aux distances typiques d'adsorption d'oxygène atomique à la surface (111)Al, ainsi qu'aux distances Al-O dans l'oxyde Al2O3. Dans le cas de l'adsorption de plomb sur (100)o-Al13Co4, les premières étapes vers la formation d'un film pseudomorphique ont été simulées / Complex metallic alloys (CMAs) are intermetallic compounds whose crystal structure differs from the usual alloys by the number of atoms in the unit cell and the occurrence of high symmetry aggregates as building blocks. The specific structure of CMAs gives them unique physical and chemical properties compared to more conventional metallic alloys, particularly with regard to surface properties.The overall goal of this thesis is the determination of the atomic and electronic surface structure of alumnium-cobalt based complex metal alloys using ab initio calculation methods based on the density functional theory. Several alloys of different complexity were considered: Al5Co2, Al9Co2 and o-Al13Co4. The calculation results of this work are confronted with experimental data.The present manuscript contains three parts. The first part deals with numerical methods. The second part deals with the study of clean surfaces. A structural model is proposed for the termination of the (001)Al9Co2 and (100)o-Al13Co4 surfaces, which consist in a dense aluminum rich plan obtained by bulk truncation. This result is in good agreement with what is observed in the case of quasicrystals – a special case of CMAs. This study also shows that for all surfaces studied, the presence of cobalt atoms on the surface is unfavoured. The quasi-covalent bonds present in the studied CMAs plays a fundamental role in the selection of the surface plane.The third part of this work deals with the adsorption of lead and oxygen atoms on the (001)Al9Co2 and (100)o-Al13Co4 surfaces. The study reveals that the surface and subsurface cobalt atoms influence on the determination of the preferential adsorption sites. The substrate atomic relaxation is important in the case of atomic oxygen adsorption. The calculated Al-O distances correspond to typical atomic oxygen adsorption distances on the (111)Al surface and with the Al-O distances in the Al2O3 oxide. In the case of atomic lead adsorption on the (100)o-Al13Co4 surface, the first step towards the formation of a pseudomorphic film was simulated

Parce qu'ils présentent des propriétés remarquables par rapport à leurs équivalents massifs, les nanomatériaux occupent une place de plus en plus importante dans l'industrie et en médecine. Leur essor rapide a généré de nombreuses craintes dans l'opinion publique notamment au regard de certaines méconnaissances liées à leur toxicité. Notre projet vise l'utilisation du séléniure de cadmium (CdSe) comme matériau modèle afin d'établir une corrélation entre la structure chimique des nanoparticules, leur réactivité de surface, leur (photo)stabilité et leur toxicité. Des quantum dots (QDs) CdSe et alliages CdSe(S) ont été préparés en milieu aqueux à 100°C ou par voie hydrothermale de manière à ne différer que par leur structure chimique de coeur (alliage ternaire vs semi-conducteur binaire) alors que d'autres paramètres comme la taille, la charge ou la nature du ligand de surface, ont été maintenus constants. Des études de cytotoxicité menées sur Escherichia coli ont montré que la libération de Cd2+ jouait un rôle important dans la toxicité pour les deux QDs. Nos résultats ont également mis en évidence que les QDs CdSe(S) alliés étaient plus stables et moins toxiques que les QDs CdSe. Sans négliger l'importance de la libération d'ion Cd2+ par les nanoparticules, une corrélation entre la stabilité et la production d'espèces réactives de l?oxygène (EROs) a montré que la toxicité était en partie dépendante de la photostabilité des QDs. Notre étude met en perspective une relation entre la réactivité, la stabilité du coeur des nanoparticules, et la toxicité photo-induite / Due to their unique properties compared to their bulk counterparts, nanomaterials have gained considerable attention, especially in industry and medicine. Their fast development has generated many public concerns, especially because of a lack of knowledge regarding their toxicity. Our project aims to use cadmium selenide (CdSe) as a model material in order to initiate a research aiming at establishing a correlation between the nanoparticles chemical structure, their surface reactivity, their stability and their toxicity. CdSe and alloyed CdSe(S) quantum dots (QDs) were prepared in aqueous phase either at 100°C or under hydrothermal conditions in order to differ solely by their core chemical structure (ternary alloy vs binary semiconductor), while other parameters such as the size, the surface charge or the surface ligand, have been kept constant. Cytotoxicity studies carried out on Escherichia coli have shown that release of Cd2+ played a key role in the toxicity for both QDs. However, alloyed CdSe(S) QDs were also found more stable and less toxic than CdSe nanocrystals. Without disregarding the importance of Cd2+ ions release by the nanoparticles, a correlation between the stability and the production of reactive oxygen species (ROS) showed that toxicity was dependent on QDs photostability. Our study highlights a relationship between the core reactivity, stability and the photo-induced toxicity QD nanoparticles

L’utilisation croissante des Alliages à Mémoire de Forme (AMF) dans des structures de plus en plus complexes, notamment en vue d'applications médicales, rend nécessaire la compréhension des phénomènes régissant leur comportement et plus précisément la pseudo-élasticité. Le fort couplage thermomécanique, résultant de la transformation de phase martensitique, est un point clé de ce comportement. Les travaux de thèse présentés sont consacrés à l’étude et la modélisation de ce couplage. Tout d’abord, la transformation de phase martensitique provoque une déformation et une émission de chaleur couplées qui peuvent se localiser en bandes de transformation sous sollicitation uniaxiale. Une partie de cette thèse a été consacrée au développement de la Corrélation d’Images InfraRouge, qui permet à partir d’un unique film IR de mesurer conjointement, en une seule analyse, les champs cinématiques et thermiques discrétisés sur un même maillage éléments finis. Une application à l’analyse d’un essai de traction sur AMF de type NiTi a été réalisée. Le comportement pseudo-élastique a aussi été abordé d’un point de vue modélisation. Une large part de ce travail de thèse a donc été consacrée à l’élaboration d’un modèle multiéchelle et multiaxial, décrivant le comportement d’un VER à partir de la physique de la transformation martensitique à l’échelle de la maille cristalline. L’approche est inspirée de modèles multiéchelles développés pour la modélisation d’autres couplages multiphysiques et notamment magnéto-élastique. La troisième partie de cette thèse a été consacrée à l’élaboration d’un modèle de structure 1D sous traction uniaxiale. Dans un premier temps un modèle de thermique 1D ainsi qu’un modèle mécanique phénoménologique à seuils ont été développés. Les simulations rendent compte des phénomènes de transformation diffuse accompagnant l’élasticité puis de la transformation localisée. L’algorithme est notamment capable de gérer les deux sens de transformation. Ce modèle met en compétition les deux phénomènes transitoires de génération et évacuation de la chaleur par la transformation de phase et les échanges thermiques avec l’environnement. Ainsi, il est capable de reproduire la relation liant le nombre de bandes de transformation générées à la vitesse de sollicitation et aux conditions aux limites thermiques. Un travail été initié pour coupler ce modèle de structure et de gestion de la thermique au modèle monocristallin multiaxial. Sans encore reproduire la localisation de la transformation en bande, les simulations de traction montrent un hystérésis, issu des pertes thermiques dans l’air ambiant, bien que le modèle de comportement multiéchelle élémentaire soit écrit dans un cadre réversible, l’irréversibilité et la localisation étant avant tout des effets de transferts. Le couplage thermomécanique à la source des comportements si spécifiques des AMF que sont la super élasticité et la mémoire de forme ont donc été étudiés sous divers points de vue : expérimentalement, par l’établissement de modèles de comportement, par la simulation de structures 1D et des échanges thermiques mis en jeu. Les outils et modèles ont été appliqués à l’étude du Ni49,75at%Ti, support de ce travail, mais sont facilement adaptables à tout autre AMF. L’approche utilisée pour la modélisation multi-échelle peut être étendue à d’autres couplages, par exemple en cumulant les couplages thermo- et magnéto- mécaniques en vu de l’étude des Alliages à Mémoire de Forme Magnétiques par exemple. / The increasing use of Shape Memory Alloys (SMA) for complex structure, especially for medical applications, requires a better understanding of the phenomena governing their behaviors and particularly the super-elasticity. The strong thermomechanical coupling resulting from the martensitic phase transformation is a key point of this behavior. The thesis is devoted to the study and modeling of this coupling. First, the martensitic phase transformation causes coupled local deformation and heat emission that can locate onto transformation bands when structure undergoes uniaxial stress. A part of this thesis has been devoted to the development of InfraRed Image Correlation (IRIC). This technique permits us to measure by a single analysis, from a single IR film, both kinematic and thermal fields discretized on the same finite element mesh. An application to the analysis of a tensile test on a NiTi type AMF has been made. Superelastic behavior is also discussed from a modeling point of view. A large part of this work has been devoted to the development of multiaxial multiscale model describing the behavior of a RVE from the description of martensitic transformation at the crystal scale. The approach is inspired from multiscale models developed for modeling other multiphysic couplings especially the magneto-elastic coupling. It is based on the comparison of the free energies of each component, without any topological description. A probabilistic comparison is made, using a Boltzmann distribution, to determine the internal variables : the volume fractions. Interfaces are not taken into account. This model allows the simulation of the effect of any thermo-mechanical loading. It well gives account of the superelasticity, including the asymmetry in tension / compression ... The third part of this thesis has been devoted to the development of a one dimensional model for structure under uniaxial tension. In a first step, a 1D thermal model and a phenomenological mechanical model, based on the Clausius Clapeyron diagram have been developed. The simulations account for the diffuse transformation accompanying the elasticity at the very beginning of stress-strain behavior, and localized phase transformation afterthat. The algorithm is capable of handling two-way transformation. This model emphasizes competition both transient phenomena : generation and heat dissipation by the phase transformation and heat exchange with environment. Thus, it is able to reproduce relationship linking the number of nucleated transformation bands to the strain rate and the thermal boundary conditions. A study has been initiated to couple this model to the singlecrystalline multiaxial RVE model detailed in the previous part. It is currently not able to model the localization phenomenon, but the simulations show a tensile hysteresis issued from the thermal losses in the air. Indeed, even if the local multiscale model is written in a reversible way, irreversibility and the localization are primarily structural effects. The thermomechanical coupling is at the origin of the so specific AMF behavior (super elasticity and shape memory effect), it has been studied from various points of view: experimentally, by establishing RVE models, by simulating 1D structures and heat exchange. Developed tools and models have been applied to the study of Ni49, 75at% Ti, but are easily adaptable to other AMF. The approach used for the multi-scale modeling can be extended to other couplings, such as couplings cumulating the thermo-and magneto-mechanical aspect for the study of Magnetic Shape Memory Alloys for example.

Les alliages de titane α/β ont beaucoup d’applications dans des domaines industriels divers comme l’aéronautique. Le phénomène de globularisation qui se produit lors de traitements thermomécaniques est un phénomène important dans la mesure où une microstructure globulaire présente une tenue mécanique et une ductilité accrues.Les microstructures lamellaires sont constituées de colonies de lamelles de phase α parallèles qui se développent dans les grains β au cours de leur refroidissement. La globularisation se fait en deux étapes : les lamelles se subdivisent d’abord en segments plus courts, puis ces segments globularisent, au cours de la déformation à chaud et des traitements thermiques. La subdivision des lamelles se fait au niveau des sous-joints formés au cours de la déformation à chaud. Lors de traitements thermiques prolongés, les plus gros globules de phase α grossissent au détriment des plus petits. La formation des sous-joints et le grossissement des globules n’ont pas été étudiés en détail dans ce travail. L’accent a été mis sur les mécanismes de migration des interfaces α/β et α/α qui conduisent à la subdivision des lamelles et à leur globularisation.Des essais de compression à chaud et des traitements thermiques appliqués à des échantillons de Ti-6Al-4V ont permis de confirmer que l’épaisseur des lamelles et de leur orientation sont des facteurs importants pour la globularisation. Les lamelles plus fines et celles orientées parallèlement à l’axe de compression globularisent plus facilement. Ce travail expérimental a permis de mieux appréhender la complexité du phénomène de globularisation et d’introduire un cadre numérique adapté pour sa simulation. Une méthode à champ complet, basée sur la méthode Level-Set dans un cadre Eléments Finis, a ainsi été testée pour simuler les mécanismes physiques de migration interfaciale menant à la subdivision des lamelles et à l'évolution vers une forme globulaire. Les premiers résultats sont très prometteurs et illustrent le potentiel du cadre numérique proposé. / Α/β titanium alloys have many industrial applications in various fields such as aeronautics. Spheroidization is a phenomenon that occurs in initially lamellar α/β titanium alloys during thermomechanical processing and receives considerable attention as spheroidized microstructures exhibit enhanced strength and ductility.Lamellar microstructures are made of colonies of parallel α lamellae developed inside β grains while they are cooled down. Spheroidization actually proceeds in two successive steps: the lamellae first split into smaller α laths, which subsequently undergo spheroidization. This occurs during hot-deformation and subsequent annealing. Lamella splitting occurs where subboundaries were formed inside lamellae during hot-deformation. Over long term annealing the spheroidized α phase particles undergo coarsening. The formation of subboundaries and coarsening were not addressed in this work. The focus has been placed on the interfacial kinetics mechanisms leading α lamellae splitting during the first stages of spheroidization.Hot compression tests and subsequent annealings carried out on Ti-6Al-4V samples confirmed that the thickness and the orientation of the lamellae are important factors with regards to spheroidization. Thinner lamellae and lamellae oriented parallel to the compression axis spheroidize faster. Those experiments contributed to a better understanding of the phenomenon and allowed to introduce a suitable numerical framework to simulate the early stages of spheroidization. A full field method in a Finite Element/ Level Set framework has thus been tested for simulating the involved physical mechanisms of interface migration that lead to lamellae splitting and the subsequent shape evolution of the α laths towards a spheroidal shape. First results are promising and illustrate the potential of this numerical framework