Les propriétés mécaniques des alliages de fer sont largement conditionnées par leur microstructure et la population de défauts locaux qu’elle contient. Comme il s'agit d'un moment de forte interaction entre ces deux éléments, l'étude des transformations α-γ et γ-α du fer mérite une attention particulière. Outre le passage d'une structure cristalline cubique centrée à une structure cubique faces centrées – donc de compacités différentes –,elles sont associées à une réduction des paramètres de maille. Le changement de volume correspondant est responsable de déformations mécaniques locales autour des sites de germination. La technique de corrélation d'images numériques(CIN) s'est montrée fiable pour ce qui est de calculer des champs cinématiques à l'échelle de quelques grains. Dans ce travail, elle est adaptée à la capture de localisations de la déformation pendant les transformations allotropiques. Un banc expérimental est conçu pour obtenir des images haute résolution avec un contrôle fin des sollicitations thermiques. Des essais de validation sont d'abord effectués sur du fer industriel. Puis des échantillons de fer haute pureté sont ensuite soumis à des cycles de transformation α-γ-α et les champs de déformation correspondant sont calculés par CIN. Associés à l'acquisition des orientations initiales et finales, ils sont utilisés pour valider les mécanismes de transformation proposés dans la littérature. En parallèle, un modèle, écrit en petites déformations, est construit en incorporant des composants liés à la transformation dans une fonctionnelle dont les conditions de stationnarité sont équivalentes au problème thermomécanique à résoudre. Les incréments des variables internes, incluant glissements plastiques et fractions volumique transformées, sont obtenus en minimisant cette fonctionnelle. / Mechanical properties of iron-based alloys are largely conditioned by their microstructure and the population of local defects inside this microstructure. As it is a moment of massive interplay between these two elements, the study of the α-γ and γ-α transformations in iron is of particular interest. Besides a change from a body-centered cubic to a face-centered cubic crystal structure – and thus a change in compacity –, they lead to a lattice parameter reduction. The corresponding change in volume is responsible for local mechanical deformations around transformation sites. Digital Image Correlation (DIC) technique has been proven reliable to compute kinematic fields at the scale of a few grains. In the present work, an adaptation of this technique to the observation of strain localizations induced by the formation of a new phase is proposed. A home-made device is designed to obtain high resolution images and to control heating and cooling. Tests are first conducted on industrial iron to assess the viability of the procedure. High-purity iron samples are then submitted to α-γ-α transformation cycles and the associated strain fields are computed. In combination with the acquisition of initial and final orientations they are used to validate transformation mechanisms proposed in the literature. In parallel, a model, written under the small strain format, is built by incorporating transformation related components into a power functional whose stationarity conditions are equivalent to the thermomechanical problem. In accordance with variational principles, the evolution of internal variables,including plastic slip increments and fraction of the material locally transformed, are computed through the minimization of the functional.

Les solides ioniques sont des composés dont la structure cristalline est généralement bien connue. La répétition d'un motif simple parallèlement à un groupe de trois vecteurs de translation suffit à la construction du réseau. Pourtant, il a fallu considérablement sophistiquer ce modèle pour calculer avec succès l'énergie de cohésion de simples cristaux cubiques faces centrées, comme le réseau de chlorure de sodium. Bien qu'apparemment moins compliqués, les cristaux de structure de type du chlorure de césium ont été, en revanche beaucoup moins étudiés. Il s'en suit une certaine méconnaissance du potentiel intercristallin de ces cristaux ce qui interdit corrélativement une bonne compréhension des phénomènes inhérents à la structure cristalline. N'ayant trouvé aucune théorie satisfaisante permettant d'atteindre le potentiel d'un solide ionique de structure cubique simple, nous présentons dans la première partie de nos travaux une étude sur la détermination des énergies potentielles des réseaux cubiques simples.

L'objectif de cette thèse était de synthétiser des particules de carbonate de calcium (CaCO3) poreuses pour applications industrielles comme charge dans du papier à cigarette, ainsi que pour l'encapsulation d’'arômes. Nous avons cherché à maîtriser les paramètres de synthèse pour obtenir de la vatérite de taille contrôlée. Nous avons étudié sa transformation à haute température et dans l’'eau, car ce polymorphe est métastable. La transition de phase vatérite/calcite a été étudié par DRX et imagerie par diffraction des rayons X cohérents qui permet d’accéder à l’'image en 3D des particules. Nous avons montré que la vatérite de taille 1 à 2µm présentant 20% de porosité peut être synthétisée de façon reproductible. Les particules préparées ont été introduites comme charge dans du papier à cigarette pour évaluer l’'impact de nouvelles formes de CaCO3 sur les propriétés physiques du papier ainsi que sur la réduction des certains composées nocifs contenus dans la fumée. Nous avons développé l’analyse conjointe de l’'absorption et de la diffraction des rayons X pour estimer la charge réelle introduite ainsi que la porosité des papiers. Nous avons démontré que l’'utilisation de CaCO3 sous forme des sphères poreuses permet d’'augmenter la diffusivité du papier et de réduire l’'émission de CO dans la fumée principale.L’encapsulation d'arômes par la co-cristallisation et l'inclusion moléculaire dans le carbonate de calcium a été aussi étudiée. Nous avons montré que CaCO3 peut être utilisé comme matrice d’'imprégnation d'arômes avec une efficacité d’'encapsulation de plus que 55%. Les particules aromatiques ont été après ajoutées dans le papier pour évaluation sensorielle. / The aim of this thesis was to synthesize porous calcium carbonate (CaCO3) particles for industrial applications as fillers for cigarette paper as well as a matrix for flavour encapsulation. We show that we can control the fabrication of porous particles of vaterite with a given size by tuning the parameters of synthesis. After the synthesis, the stability of vaterite in aqueous solution and at high temperature was studied. The phase transition was analyzed by XRD and coherent X-ray diffraction imaging that allows us to have a 3D-image of the particles. Finally, particles of 1-2 μm size with 20% porosity were reproducibly synthesized. Prepared vaterite particles were introduced as a filler in cigarette paper, with the goal to evaluate their impact on the physical properties of papers as well as on the reduction of some harmful compounds during the smoking. It was demonstrated that the use of vaterite can increase the diffusivity of paper and reduce the CO emission in the mainstream smoke. We also show that the use of X-ray absorption and diffraction can provide an estimation of the filler fraction and porosity of the papers in a non-destructive way. The encapsulation of flavours in CaCO3 particles was performed by co-crystallization and molecular inclusion. It was demonstrated that CaCO3 can be used as a matrix for flavour impregnation with more than 55% of encapsulation efficiency. Flavoured particles was added in paper for sensory evaluation. We shown that it is possible, to flavour the final product with flavoured calcium carbonate particles.