Les aciers inoxydables austénoferritiques sont couramment utilisés dans l'industrie (nucléaire en particulier) pour leurs bonnes propriétés, notamment mécaniques. Cependant ces aciers sont susceptibles de "vieillir" en cours d'utilisation à des températures élevées. Comme ces propriétés (résilience, ténacité) sont souvent très dispersées et se dégradent lors du vieillissement, on cherche à les prévoir avec la plus grande précision possible. Pour ce faire on propose d'expliquer une partie de la dispersion observée sur la résilience par des paramètres mesurables, liés à la morphologie biphasée et bipercolée particulièrement complexe de ces aciers. Cette morphologie est d'abord caractérisée à partir de l'observation d'images en 2D et de la reconstitution d'une image en 3D. Parallèlement on précise la genèse de cette microstructure. Au vu des observations et analyses précédentes, les outils classiques de la morphologie mathématique peuvent être utilisés pour quantifier par analyse d'image cette structure et proposer des variables pertinentes. En utilisant un modèle paramétrique pour décrire le comportement de la résilience , on montre l'influence d'un paramètre morphologique -la finesse de la microstructure- sur cette dernière. Dans le cas des produits très vieillis -le plus important en pratique-, le manque de données disponibles ne permet pas de proposer un modèle de résilience qui tienne compte de cette variable morphologique. Un modèle mathématique de la structure 3D du matériau est enfin proposé: une chaîne de Markov homogène de processus spatiaux 3D dont l'évolution dans le temps mime la solidification. La morphologie de la microstructure est ainsi résumée à 8 paramètres. Ce modèle est susceptible d'être couplé avec un modèle de résilience pour élargir ses possibilités de prévision. Il pourrait également être utilisé pour servir de base à des modélisations ultérieures de l'endommagement et de la rupture de matériaux biphasés.

Cette étude concerne principalement la rupture à 20°C d'un acier inoxydable moulé ZCND19-10M, contenant 20% de ferrite, vieilli 700 h à 400°C, afin d'en tirer un critère de rupture d'un élément de volume, dans le cadre de l'approche locale de la rupture. Des essais de traction sur des éprouvettes axisymétriques entaillées permettent d'étudier l'effet de la triaxialité des contraintes sur la ductilité. Les mécanismes de rupture sont étudiés sur des coupes métallographiques, et des examens fractographiques. Des fissures de clivage sont amorcées dans la ferrite et s'arrêtent dans l'austénite. Elles croissent par émoussement dans l'austénite, puis forment une macro-fissure par coalescence. Ces fissures de clivage sont groupées en "amas". Une étude cristallographique montre qu'elles apparaissent dans des grains d'austénite se déformant en glissement simple, la contrainte d'incompatibilité entre les deux phases étant plus élevée dans ce cas. A une échelle supérieure, l'analyse mécanique des conditions de germination des fissures, montre que celle-ci est contrôlée par la déformation plastique. De plus, les fissures apparaissent progressivement quand la déformation augmente. Un modèle de comportement de matériau poreux de Gurson, a été utilisé pour simuler la rupture ductile de ce matériau. A l'aide de tirages aléatoires des grains fortement endommagés (les amas de fissures) dans les éprouvettes entaillées, et de calculs aux éléments finis de ces mêmes éprouvettes, nous montrons que la ductilité est contrôlée par la rupture des amas, et que sa grande dispersion peut être correctement reproduite