On assiste aujourd’hui à une évolution des systèmes électroniques nomades vers des fonctionnalités plus avancées. Cette complexification des systèmes électroniques nomades nécessite une augmentation de la puissance de calcul des puces électronique, ce qui se peut se traduire par une utilisation d’une technologie CMOS agressive, mais qui se complète aujourd’hui par une technique appelée intégration 3D. Il ne s’agit donc plus d’une évolution classique à l’échelle du transistor suivant la loi de Moore mais à celle de l’échelle plus large du boîtier / système, on parle alors de la loi de « More than Moore ». L’empilement tridimensionnel (3D) des puces électroniques engendre une augmentation de la densité de puissance totale dissipée par unité de surface de l’empilement final. Cette puissance, résultant essentiellement de l’effet joule dans les transistors et l’interconnexion, est une source de chaleur qui contribue à l’augmentation de la température globale de la puce. L’objectif global de cette thèse est d’étudier les échanges thermiques dans un empilement de puces 3D durant leur fonctionnement. On s’attachera à comprendre les effets géométriques ou matériaux de l’empilement ainsi que l’impact du placement des TSV, Bumps ... sur ces échanges thermiques. L’étude s’appuie sur des simulations numériques validées par des mesures expérimentales sur des empilements 3D. Ces études numérique et expérimentale auront comme finalité de déduire des règles de dessin thermiques qui seront validées sur le dessin de circuits basiques ou plus complexes. Dans la suite, ces différents objectifs seront motivés et abordés en détail. L’établissement d’un modèle thermique basé sur des simulations en éléments finis d’un procédé industriel CMOS 65 nm 3D permettra d’aborder le problème de modélisation de la manière la plus précise possible. En effet, les précédentes simulations ont utilisé des modèles compacts – donc de moindre précision que les éléments finis – et un procédé générique qui ne reflète pas toutes les propriétés des matériaux, et en particulier celles des interfaces. Les résultats ainsi obtenus seront validés par des mesures sur des puces empilées réalisées dans le procédé considéré. Dans cette partie expérimentale, l’objectif est de déterminer une cartographie de la température dans un empilement 3D en utilisant des capteurs embarqués dans le silicium, et ce sous différentes conditions d’opération de la puce 3D. Il en ressortira un modèle numérique validé et calibré par des mesures expérimentales. / Today we are witnessing an evolution of mobile electronic systems to more advanced features. The complexity of mobile electronic systems requires an increase in computing power of electronic chips, which can lead to the use of aggressive CMOS technology, but which now completed with a technique called 3D integration. It is more of a classical evolution across the transistor following Moore's law but that of the wider scale of the packaging / system, it is called the law of "More than Moore". Three dimensional (3D) stack of electronic chip generates an increase in the density of total power dissipated per unit area of the final stack. This power, essentially resulting in the Joule effect transistors and interconnection, is a source of heat which contributes to increase the overall temperature of the chip. The global objective of this thesis is to study the heat transfer in a 3D stack of chips during operation. We will seek to understand the geometric or materials effects of the stack and the impact of the placement of TSV, Bumps ... on these heat exchanges. The study is based on numerical simulations validated by experimental measurements on 3D stacks. These numerical and experimental studies have as a goal to deduce thermal design rules that will be validated in the drawing of basic or more complex circuits. In the following, these goals will be motivated and discussed in detail. The establishment of a thermal model based on finite element simulations of an industrial process 3D CMOS 65 nm will address the problem of modelling the most accurate way possible. Indeed, previous simulations used compact models - so that the lower accuracy of finite elements - and a generic method that does not reflect all of the properties of materials, and in particular interfaces. The results obtained will be validated by measurements on stacked chips carried out within the process concerned. In the experimental part, the objective is to determine a thermal mapping in a 3D stack using sensors embedded in the silicon, and under different conditions of 3D chip process. This will provide a numerical model validated and calibrated by experimental measurements.

L’Inconel 718 est utilisé dans les disques de turbine des moteurs d’avion, de par sa haute résistance à la corrosion, à l’oxydation, au fluage et sa haute résistance mécanique à très haute température. Le nombre total de cycles de ces composants mécaniques s’élève à 109~1010 durant sa vie. Ils subissent des chargements de grande amplitude à faible fréquence, comme les forces centrifuges ou les contraintes thermiques mais aussi des chargements de faibles amplitudes à très haute fréquence, du aux vibrations des pales. Dans ce travail, on se propose d’étudier la fatigue à très grand nombre de cycles (VHCF) de l’Inconel 718 en utilisant des machines de fatigue ultrasonique, fonctionnant à 20KHz. Le système d’acquisition utilise des cartes NI et le logiciel LabView pour superviser la fréquence, la température, les déplacements durant toute la durée des tests. Des capteurs laser Keyence utilisant deux sondes pour les faces supérieure et inférieure de l’éprouvette permettent de capturer la fréquence et les modes de vibration. La différence entre les valeurs moyennes mesurées permet d’accéder à l’allongement de l’éprouvette, dû à l’auto-échauffement.3 types de matériaux avec différents traitements thermiques, AR, DA et DAHQ de l’ONERA et SAFRAN sont comparés. La différence au niveau de la taille de grain, de la phase, des précipités, … est analysée par micrographie métallographique en utilisant un microscope optique (MO) et un microscope électronique à balayage (MEB). Le comportement en traction quasi-statique et sous chargement cyclique contrainte-déformation est aussi proposé. La transition entre durcissement et adoucissement cyclique apparait à l’issue du traitement thermique. Finalement, les surfaces de ruptures sont observées en utilisant des caméras optiques et un MEB afin d’identifier les mécanismes de ruptures de l’Inconel 718 dans le domaine de la fatigue à très grand nombre de cycles. / Inconel 718 is widely used in turbine disk of aeronautic engines, due to its high resistance to corrosion, oxidation, thermal creep deformation and high mechanical strength at elevated temperature. The total cycle of these mechanical components is up to 109~1010 during its whole lifetime. It endures high-amplitude low-frequency loading including centrifugal force or thermal stress, and also low-amplitude high-frequency loading came from vibration of blade.In this work, the very high cycle fatigue (VHCF) behaviour of Inconel 718 with self-heating phenomenon without any cooling is studied using ultrasonic fatigue system at 20KHz. Acquisition system is improved using NI capture card with LabView for monitoring the frequency, temperature, displacement and so on during all the tests. Keyence laser sensor with two probes at the top and bottom surfaces of the specimens is used to reveal the frequency and vibration mode. The difference of mean values between these two probes is the elongation of the specimen caused by self-heating phenomenon.Three sets of materials with different heat treatment, As-Received (AR), Directly Aged (DA) and Directly Aged High Quality (DAHQ) from ONERA and SAFRAN are compared. The difference of grain size, phase, precipitate particle, etc. is investigated by metallographic micrograph using optical microscope (OM) and scanning electron microscope (SEM). Quasi-static uniaxial tensile property and cyclic stress-strain response is also proposed. The transition from cyclic hardening to cyclic softening appears after aged heat treatment. Finally, fracture surfaces are observed using optical camera and scanning electron microscope in order to identify the mechanism of fracture of Inconel 718 in the VHCF domain.

Le développement de la technologie des composants CMOS ultimes à grille ultra-courte (L < 20 nm) se heurte à de nombreuses difficultés technologiques, mais également à des limites thermiques qui perturbent notablement les règles de mise à l'échelle communément employées jusqu'à présent. Les fortes densités de courant obtenues dans des zones actives aussi réduites génèrent un important échauffement local (par effet Joule), lié à l'émission de phonons par les porteurs chauds, qui peut conduire à des réductions très sensibles des performances, voire à des défaillances. Ce phénomène est identifié comme un des plus critiques pour la poursuite de l'augmentation de la densité d'intégration des circuits. Cela est particulièrement crucial dans les technologies SOI (silicium sur isolant), où la présence de l'isolant enterré constitue un frein à l'évacuation de la chaleur. À l'échelle nanométrique, l'étude théorique de ces phénomènes d'échauffement n'est plus possible par des modèles macroscopiques (coefficient de diffusion de la chaleur) mais nécessite une description microscopique détaillée des transferts de chaleur qui sont localement hors d’équilibre. Il s'agit donc de modéliser de façon appropriée, non seulement le transport électronique et la génération de phonons, mais aussi le transport de phonons hors équilibre et les interactions phonons-phonons et électrons-phonons.Le formalisme de l’équation de transport de Boltzmann (BTE) est très bien adapté à l'étude de ce problème. En effet, il est largement utilisé depuis des années pour l'étude du transport des particules chargées dans les composants semi-conducteurs. Ce formalisme est beaucoup moins standard pour étudier le transport des phonons. Une des problématiques de ce travail concerne le couplage de la résolution de la BTE des phonons avec celle des électrons.Ce travail de thèse a développé un algorithme de calcul du transport de phonons par résolution directe de la BTE des phonons. Cet algorithme de transport de phonon a été couplé au transport électronique simulé grâce au logiciel "MONACO" basé sur une résolution statistique (ou Monte Carlo) de la BTE. Finalement, ce nouveau simulateur électrothermique a été utilisé pour étudier les effets d’auto échauffement dans des nano-transistors. L’intérêt principal de ces travaux est de permettre une analyse du transport electro-thermique au-delà d’une approche macroscopique (respectivement formalisme de Fourier pour la thermique et dérive-diffusion pour le courant). En effet, il donne accès aux distributions de phonons dans le dispositif et pour chaque mode de phonon. En particulier, ce simulateur apporte une meilleure compréhension des effets des électrons chauds sur les points chauds et leur relaxation dans les accès. / The ultra-short gate (LG < 20 nm) CMOS components (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) face thermal limitations due to significant local heating induced by phonon emission by hot carriers in active regions of reduced size. This phenomenon, called self-heating effect, is identified as one of the most critical for the continuous increase in the integration density of circuits. This is especially crucial in SOI technology (silicon on insulator), where the presence of the buried insulator hinders the dissipation of heat.At the nanoscale, the theoretical study of these heating phenomena, which cannot be led using the macroscopic models (heat diffusion coefficient), requires a detailed microscopic description of heat transfers that are locally non-equilibrium. It is therefore appropriate to model, not only the electron transport and the phonon generation, but also the phonon transport and the phonon-phonon and electron-phonon interactions. The formalism of the Boltzmann transport equation (BTE) is very suitable to study this problem. In fact, it is widely used for years to study the transport of charged particles in semiconductor components. This formalism is much less standard to study the transport of phonons. One of the problems of this work concerns the coupling of the phonon BTE with the electron transport.In this context, wse have developed an algorithm to calculate the transport of phonons by the direct solution of the phonon BTE. This algorithm of phonon transport was coupled with the electron transport simulated by the simulator "MONACO" based on a statistical (Monte Carlo) solution of the BTE. Finally, this new electro-thermal simulator was used to study the self-heating effects in nano-transistors. The main interest of this work is to provide an analysis of electro-thermal transport beyond a macroscopic approach (Fourier formalism for thermal transport and the drift-diffusion approach for electric current, respectively). Indeed, it provides access to the distributions of phonons in the device for each phonon mode. In particular, the simulator provides a better understanding of the hot electron effects at the hot spots and of the electron relaxation in the access.

Pendant ce travail, nous avons étudié le comportement en fatigue d'un polyamide 66 chargé de fibres de verre. Ce matériau a de nombreuses applications où il subit des sollicitations dynamiques, comme les pièces sous capot d'un véhicule. La compréhension des micro-mécanismes qui gouvernent le comportement de ce matériau en fatigue joue un rôle essentiel dans la conception de ces pièces. Dans le but d'observer l'influence de la direction de sollicitation par rapport à l'orientation des fibres ainsi que le rôle de l'interface, deux types de sollicitation ont été choisis : La sollicitation en Flexion Alternée et la sollicitation en Traction- Traction. Pour les ces deux types de sollicitation, la température de surface augmente pendant les tests. Les résultats montrent que cette augmentation dépend du niveau de chargement et de la fréquence. Les courbes de Wöhler se rejoignent et la température induite par l'auto-échauffement à ce point de jonction augmente pour les deux essais avec une allure identique. Pendant la période d'amorçage des fissures en flexion alternée, nous n'avons pas observé de changement macroscopique des propriétés de l'éprouvette, densité, taux de cristallinité, température de transitions vitreuse et module d'élasticité. Un temps de repos à proximité de la rupture permet de relaxer les micro-défauts et d'augmenter le nombre de cycles à la rupture. La durée de vie a été modélisée pour le polyamide 66 et son composite.

Cette thèse porte sur l'adaptation d'essais d'autoéchauffement et d'une méthode de détermination rapide de la limite d'endurance à des stratifiés à matrice époxy renforcée de fibres de carbone haute résistance. L'intérêt pour cette méthode a débuté il y a une vingtaine d'années, mais son utilisation est restée cantonnée essentiellement aux matériaux métalliques. Elle est fondée sur la mesure de la température moyenne en surface d'éprouvette pendant une série de blocs de chargement cyclique d'amplitude croissante. Ces mesures thermiques permettent de déterminer rapidement la limite d'endurance du matériau. Des essais d'auto-échauffement ont été réalisés sur des stratifiés carbone/époxy sous des conditions de chargement de traction/traction et la limite d'endurance de chacun des stratifiés testés a été déterminée en 3 heures à partir des courbes de température. Ces limites d'endurance sont cohérentes avec les résultats de fatigue classique obtenus sur les mêmes stratifiés. L'objectif de cette étude est principalement de comprendre le lien entre l'endommagement d'un stratifié sous un chargement cyclique de quelques milliers de cycles et celui d'un stratifié dont la durée du chargement dépasse plusieurs millions de cycle. L'étude de l'endommagement a été réalisé à l'échelle du stratifié, par le suivi d'indicateurs macroscopiques comme la perte de rigidité ou la déformation résiduelle, mais également à l'échelle du pli élémentaire grâce à des analyses tomographiques. Les mécanismes d'endommagement activés durant les essais d'autoéchauffement sont identiques à ceux que l'on peut observer dans des stratifiés chargés en fatigue.

L’allégement des véhicules est une préoccupation majeure de l’industrie automobile, puisque cela permet de réduire les émissions des gaz à effet de serre, ce qui entraînerait une réduction des impacts de ceux-ci sur l’environnement à l’échelle mondiale. Cette volonté d’allégement des véhicules tout en restant accessible en termes de coûts, a conduit au remplacement des matériaux métalliques par des composites à matrices thermoplastiques pour de nombreuses applications. Le compromis entre la tenue thermomécanique et le coût massique du matériau amène à sélectionner des matrices polyamides renforcées par des fibres de verre courtes, et mises en forme par injection. Cependant, les outils prédictifs du comportement et les critères robustes pour la caractérisation des propriétés en fatigue, manquent encore. Ils sont pourtant indispensables pour la conception de pièces structurelles dans l’industrie automobile. La caractérisation en fatigue des polyamides renforcés de fibres de verre courtes présente de nombreuses difficultés, liées au comportement fortement non linéaire de la matrice dans les conditions de service visées (température et humidité), à la nature composite de ces matériaux, à l’influence du procédé de fabrication (orientation des fibres) et au caractère fortement dissipatif de la matrice thermoplastique (augmentations de température non négligeables lors des chargements cycliques). Un enjeu majeur est de comprendre les liens entre la microstructure, le chargement thermo-(hygro)-mécanique et les propriétés de fatigue (sites d’initiation, scénarios d’évolution, critère de rupture). Le premier objectif de cette thèse est de proposer des protocoles d’analyse permettant de caractériser l’influence de chaque paramètre sur le comportement en fatigue. Par ailleurs, la complexité des pièces industrielles en termes de géométrie et d’orientation des fibres soulève la question de la pertinence des éprouvettes classiques. Le second objectif principal de cette thèse est donc de concevoir des éprouvettes représentatives en terme d’orientation des fibres et d’accidents géométriques des pièces industrielles (appelées éprouvettes de structure) et de valider pour ces cas complexes, les démarches et critères proposés. Pour répondre à ces objectifs, nous souhaitons proposer un protocole basé sur des mesures d’auto-échauffement, qui donnerait accès d’une part aux champs d’énergie dissipée pour les cas hétérogènes investigués et qui offrirait, d’autre part, une opportunité de caractérisation rapide des propriétés en fatigue au travers de critères énergétiques / Vehicle weight reduction is a major issue in the automotive industry, because this contributes to reducing global warming emissions, resulting in a reduction of negative environmental impacts at the worldwide scale. To replace heavy metallic materials conventionally used, short fiber reinforced thermoplastics (SFRT) provide today a major opportunity to obtain lightweight automotive parts at a reasonable cost for several applications. The cost and the thermomechanical properties motivate the choice of polyamide matrix reinforced with glass fibers manufactured by injection molding. However, predictive modeling behavior tools and robust fatigue criteria must be identified. Both are needed for the design of structural pieces in the automotive industry. The fatigue design of SFRT components for structural applications in the automotive industry requires an accurate knowledge of several factors because the material features are complex, these features are related to the strong nonlinear behavior of the matrix under the service conditions (temperature and humidity), the composite nature of the material, the influence of the injection molding (fiber orientation) and the dissipative characteristics of the thermoplastic matrix (significant temperature rise during the cyclic loadings). A major issue is to understand the relations between the microstructure, the thermo-hydro-mechanical loading and the fatigue properties (fatigue initiation sites, evolution scenarios, and failure criterion). The first objective of this thesis is to suggest methods that allow for the characterization of the influence of each parameter on the fatigue behavior. Furthermore, the complexity of the industrial pieces in terms of geometry and fiber orientation challenges the relevancy of the classical samples. The second objective of this thesis is consequently to design more complex samples that intend to be representative in terms of fiber orientation and geometric details found in the industrial pieces (called structural samples) and to validate the methods and the fatigue criteria suggested for these complex cases. To achieve these objectives, a method based on thermal measurements giving access to the dissipation fields for the heterogeneous cases considered is proposed, this method also offers a very high reduction of the characterization duration of the fatigue properties through energetic criteria

Malgré plusieurs décennies d'études expérimentales et numériques sur la tenue en fatigue d'assemblages soudés, cette problématique demeure une préoccupation principale de l'industrie automobile. En effet, de nombreux composants aux géométries complexes (e.g. berceaux) sont obtenus à partir de pièces soudées et constituent des éléments de sécurité pour lesquels aucune défaillance ne peut être acceptée. Malgré les progrès en modélisation numérique, des essais sont toujours nécessaires afin de fournir des données sur éprouvettes « simples » afin d'alimenter les modèles numériques, mais aussi de démontrer le bon dimensionnement des structures. Les procédures classiques d'essais de fatigue sont coûteuses en temps et nécessitent la destruction de plusieurs pièces. La méthode dite d'auto-échauffement permet de réduire significativement le temps d'essai et propose une approche non destructive. Cette méthode consiste à mesurer l'évolution de température en surface de la structure étudiée au cours du chargement cyclique. Cette approche permet de tirer avantage du signal thermique macroscopique afin de mettre en évidence la micro-plasticité responsable de la rupture par fatigue. Les objectifs du travail présenté sont de déterminer si un lien peut être réalisé entre les mesures de température et la tenue en fatigue d'assemblages soudés, puis d'étudier l'influence de paramètres sur la tenue en fatigue grâce à la méthode proposée. Un protocole expérimental est d'abord proposé afin de mesurer l'évolution de température des mini-structures soudées sous sollicitation cyclique. Une première analyse de la réponse thermique de simples tôles d'acier sous chargement cyclique de faible amplitude est proposée afin de valider un modèle déterministe de champ de source à la fois pour des sollicitations de traction et de flexion. Ces essais permettent par la suite de décrire correctement le comportement thermique de la matière de base des éprouvettes soudées hors du cordon de soudure. Le modèle est alors étendu à l'étude d'éprouvettes soudées, avec la prise en compte de la dissipation de la zone soudée. Une fois le champ de source identifié à partir du modèle, son évolution en fonction de l'amplitude du chargement appliqué mène à une courbe d'auto-échauffement. L'analyse de cette courbe permet une bonne estimation de la limite en fatigue de l'éprouvette soudée après seulement quelques heures d'essais. La méthode est alors appliquée à d'autres configurations de mini-structures soudées afin d'étudier l'influence du grenaillage et d'un gradient de contrainte en zone critique sur la tenue en fatigue. Finalement, la procédure d'essai est appliquée afin de déterminer la tenue en fatigue d'une pièce industrielle, un triangle de suspension mécano-soudé. À cause des mauvaises conditions aux limites thermiques sur une telle structure, une autre méthode est proposée afin de déduire une première estimation du champ de source sur toute la surface observée à partir des mesures thermiques. Cette estimation mène à l'identification de la zone critique en fatigue de la structure et à une première bonne estimation de sa limite en fatigue. / Fatigue design of weld assemblies still remains of prior concern in the automotive industry, despite several decades of experimental, theoretical and numerical body of work. Actually, many complex components (e.g. front and rear axles) are embedded thanks to welding process. Such welded assemblies are expected to be designed as high-safety parts, for which any fatigue failure is supposed to be prevented. Despite numerical modelling is more and more effective, experimental tests are still necessary in order to provide basic design data and at last to prove the design reliability. Standard fatigue tests procedures are sensibly time consuming, are usually destructive and need for several specimens in order to manage reliable results. Conversely, the so-called self-heating tests offer the opportunity to dramatically shorten the test duration and save specimens because it is a non-destructive method. It consists in measuring the temperature evolution of the structure surface during cyclic loading. Such an approach allows to take advantage of the macroscopic thermal signature of microscopic plasticity processes responsible for fatigue damage. The purpose of the present work is the determination of a correlation between thermal measurement and fatigue properties of welded structures, and then studying the influence of parameters on fatigue properties with the developed method. An experimental protocol is first proposed to measure the temperature of the tested specimen under cyclic loading. A first analysis of the thermal response of standard steel sheet specimen under low load amplitude is proposed in order to validate a deterministic heat source model for both tensile and bending tests. These tests allow us to correctly describe the thermal behavior of the base material of welded specimen away from the joint. Then, the model is extended to welded specimen in order to take into account the dissipation of the welded area. Once the dissipative heat source is identified thanks to the model, its evolution with the applied loading leads to a self-heating curve allowing an estimation of the fatigue limit of the welded specimen after only few hours of test. The method is then applied to other configurations of welded specimens in order to study the effects of shot peening and stress gradient on fatigue properties. Finally, the testing procedure is applied for the determination of an industrial component fatigue properties, a welded car wishbone. Due to the bad heat boundary condition, another analysis is proposed to estimate the heat source along the entire component. This estimation leads to the determination of the weakest area of the structure concerned by fatigue and a first good estimation of its fatigue limit.

Ce travail de thèse aborde les conditions et les mécanismes qui conduisent des fils superélastiques de NiTi à la rupture sous chargement mécanique cyclique. Les alliages à mémoire de forme du type NiTi présentent des propriétés thermomécaniques fonctionnelles comme la superélasticité et l’effet de mémoire de forme simple et double, lesquels sont générées grâce aux transformations de phase martensitiques provoquées soit par un changement de la contrainte ou de la température. Ces transformations de phase sont en principe des processus totalement réversibles et sans endommagement. Cependant, lorsque le NiTi est soumis à des transformations de phase induites par des contraintes cycliques, la performance en fatigue de l’alliage chute considérablement par rapport au NiTi non-transformant. La plupart des courbes S-N de fatigue rapportant cette chute ont été mesurées sur des fils NiTi a section constante dans lesquels les transformations martensitiques se développent de façon hétérogene par nucléation et propagation de bandes de cisaillement. De plus, d'après notre expérience, des essais de fatigue sur des échantillons de fils à section constante entrainent la rupture à l'intérieur des mors de la machine d'essai. Par conséquent, les valeurs de contrainte-déformation rapportées dans les courbes S-N ne sont pas nécessairement représentatives des conditions mécaniques critiques qui conduisent le matériau à la rupture. Dans le but de mieux caractériser les performances en fatigue des fils NiTi, nous avons effectué une série de tests de fatigue en traction-traction, tout en utilisant des échantillons sous forme ≪ diabolo ≫. La géométrie de ces échantillons nous a permis de confiner tous les processus de transformation martensitique et de fatigue dans un volume utile bien défini. La caractérisation du comportement thermomécanique de ces échantillons a été réalisée en combinant plusieurs techniques expérimentales et d'analyse telles que la corrélation d'image numérique(DIC), la thermographie infrarouge, la diffraction des rayons X à source synchrotron, la microscopie optique, la microscopie électronique à balayage et l'analyse par éléments finis. Une attention particulière à été portée à la performance de NiTi dans le régime à grand nombre de cycles (HCF) dans laquelle le matériau présente un comportement élastique ou une transformation de phase intermédiaire (appelée R-phase). Les résultats des tests de fatigue nous ont permis de distinguer les étapes de nucléation et de propagation des fissures pendant la durée de vie totale de nos échantillons. Afin de mieux comprendre les mécanismes qui conduisent à la nucléation des fissures, nous avons appliqué la méthode de l’auto-échauffement, qui a démontré son efficacité dans la prédiction de fatigue dans les cas des alliages d'aluminium et des alliages d'acier. Cette méthode corrèle l'élévation de température d'un échantillon soumis à différentes amplitudes de charge cyclique avec des mécanismes de dissipation d'énergie. Ces mécanismes dissipatifs sont après associés à l’accumulation d’endommagement locale dans le matériau. La méthode d'autoéchauffement a été réalisée en utilisant des mesures de champs thermiques des d'échantillons de NiTi sous forme diabolo pendant de chargement cyclique. / This Ph.D. dissertation thesis addresses the conditions and mechanisms that lead superelastic NiTi wires to fail under cyclic mechanical loads. NiTi shape memory alloys exhibit functional thermomechanical properties (superelasticity, shape memory effect, thermal actuation) due to martensitic phase transformations caused by a change of the applied stress and temperature. These phase transformations are though as fully reversible damage-free processes, however, when NiTi is subjected to repetitive stress-induced phase transformations its fatigue performance drops drastically in comparison to non-transforming NiTi. Most of fatigue S-N curves reporting this drop were measured on straight NiTi wires in which martensitic transformations proceed heterogeneously through nucleation and propagation of shear bands. Moreover, from our experience fatigue testing straight wire samples results in undesired failure inside the testing machine clamps. Hence, the reported stress-strain values in S-N curves are not necessarily representative of the critical mechanical conditions that lead the material to failure. With the aim of better characterize the fatigue performance of NiTi wires, we started by carrying out a series of pull-pull fatigue tests using hourglass-shaped samples. This sample geometry allowed us to confine all martensitic transformation and related material fatigue processes into a well-defined gauge volume. The samples’ characterization was performed by combining several experimental and analysis techniques such as Digital Image Correlation, Infrared Thermography, Synchrotron-source X-ray diffraction, Optical Microscopy, Scanning Electron Microscopy and Finite Element Analysis. A special attention was paid to the High Cycle Fatigue (HCF) performance of NiTi in which the material shows elastic behavior and/or an intermediate phase transformation (so-called R-phase). The results from HCF tests allowed us to distinguish crack nucleation and crack propagation stages during the total life of our NiTi samples. In order to get a better understanding of the mechanisms that lead to crack nucleation, we applied the nonconventional Self-Heating fatigue assessment method, which has shown efficiency in the case of aluminum and steel alloys. This method correlates the temperature elevation of a sample subjected to different cyclic load amplitudes with energy dissipating mechanisms that contribute to accumulating local damage in the material. The Self-Heating method was performed using full-field thermal measurements of cyclically loaded NiTi hourglass-shaped samples.

L'utilisation de polymères thermoplastiques renforcés par des fibres de verre courtes (SGFRT) est en constante progression dans le domaine automobile car ils offrent de nombreux avantages : gains de masse, intégration de fonctions combinée à des géométries complexes et gain de productivité du fait de cadences élevées. Le Polyamide renforcé à 50% en masse, par des fibres de verre courtes, propose un très bon compromis technico-économique pour des applications sous capot moteur, y compris pour des composants structuraux. Ces applications nécessitent un dimensionnement à la fatigue fiable et optimisé. Les campagnes de caractérisation classiques se heurtent à la fois à la sensibilité thermomécanique à la fréquence de sollicitation et à la multiplicité des facteurs influents (process, environnement, multi-axialité, cumul, ...). Nous avons donc mis au point un protocole de caractérisation rapide à base d'essais d'auto-échauffement : cette technique, accompagnée d'un critère énergétique, permet un gain de temps considérable pour l'évaluation des différentes courbes d'endurance. Elle permet l'obtention d'une courbe d'endurance déterministe en moins de 2 jours et offre ainsi la possibilité d'étudier différents paramètres influents (géométrie, reprise en humidité, orientation des fibres, longueur des fibres, ligne de soudure ...). Son application à la caractérisation d'éprouvettes de structures et d'une structure industrielle a également illustré la pertinence de cette approche.

Au cours des dernières décennies, les circuits intégrés de puissance ont connu une croissance très importante. Aujourd'hui la régulation et distribution d'énergie électrique jouent un rôle crucial. La réduction constante des dimensions ainsi que le besoin en densité de puissance de plus en plus élevée ont mis en évidence la nécessité de structures toujours plus performantes. La technologie "smart power" a été développée pour satisfaire ces demandes. Cette technologie utilise les dispositifs DMOS, offrant de nouvelles solutions grâce à ses caractéristiques uniques forte tension et fort courant. Le fonctionnement de ces dispositifs est accompagné par l'apparition de nombreux phénomènes. Une bonne modélisation permet de rendre compte de ces phénomènes et prédire le comportement physique du transistor avant sa production. L'objectif de cette thèse était donc d'améliorer la modélisation et de mettre en place une méthode d'extraction de certains paramètres physiques liés au fonctionnement du MOS HV (High Voltage). Cette thèse a été principalement dédiée à la modélisation du phénomène de l'auto-échauffement et à la définition d'une méthode d'extraction des parasites RF dans les transistors MOS et, enfin, à la comparaison du macro-modèle utilisé par STMicroelectronics avec le modèle compact HiSIM_HV dédié au MOS HV. Pour cela, il était essentiel de mettre en place des nouvelles procédures de modélisation et d'extraction et de dessiner des structures de test spécifiques. Les résultats présentés dans cette thèse ont été validés par différentes comparaisons avec les mesures en technologies sur SOI et sur substrat massif.