La glace est un matériau de structure cristallographique hexagonale ayant une anisotropie plastique très importante. La déformation est principalement accommodée par le glissement des dislocations dans le plan basal. Cette forte anisotropie du monocristal de glace conduit lors de la déformation d’un polycristal, à de fortes hétérogénéités de déformation et de contrainte. Lors de la déformation à haute température, les mécanismes de recristallisation dynamique permettent, par le développement d’une nouvelle microstructure et d’une nouvelle texture, d’augmenter la ductilité du matériau. L’objet de cette étude est de mieux caractériser les mécanismes de recristallisation et leurs liens avec les hétérogénéités de déformation afin de mieux comprendre le développement des nouvelles microstrutures et textures ainsi que leurs impacts sur le comportement du matériaux.Ce travail est basé sur des essais de type fluage dans les conditions où la recristallisation dynamique est importante (T > 0.95T f et 0.5 < σ < 1 M P a). Deux types de polycristaux sont étudiés : la glace granulaire, considérée comme un volume élémentaire représentatif, qui permet d’appréhender d’un point de vue statistique l’impact de la recristallisation sur le développement des microstructures et des textures ; et la glace colonnaire, qui permet d’étudier les différents mécanismes de germination et leurs liens avec les hétérogénéités de déformation à l’échelle inter et intra-granulaire. Les outils de caractérisation utilisés sont la mesure in situ de l’évolution du champ de déformation par corrélation d’images numériques et la caractérisation des microstructures et des textures pré- et post- déformation par mesure optique et Electron BackScatter Diffraction (EBSD).Étant donné les fortes hétérogénéités de déformation, les mécanismes de recristallisation dynamique continue et discontinue sont actifs au cours de la déformation. La formation de sous-joints de grains, la germination par gonflement (bulging), où la migration de joints de grains ont été mises en évidence. Des germes fortement désorientés par rapport aux grains parents ont également été observés. Ces observations impliquent un mécanisme de germi- nation différent de ceux mentionnés ci-dessus. De plus, les dislocations géométriquement nécessaires composants les sous-joints de grains ont été caractérisées à l’aide du tenseur de Nye extrait des mesures EBSD. Cela a permis d’observer des sous-structures de dislocations composées de dislocations c. Ces dislocations c étaient jusqu’alors très rarement observées et seulement dans des conditions très spécifiques.Une forte corrélation entre les hétérogénéités de déformation et les mécanismes de recristallisation a été mise en évidence grâce aux mesures de champs de déformation. Les mécanismes de recristallisation se concentrent dans les zones où la déformation est importante et ont tendance à réduire les hétérogénéités de déformation. De plus, ces bandes de déformation, où la recristallisation est active, sont orientées à environ ±45° et ont une dimension supérieure à la taille moyenne des grains, ce qui montre une organisation des hétérogénéités de déformation et de contrainte à grande distance.Un modèle théorique pouvant contraindre l’orientation des germes crées par la germination spontanée est proposé. Ce modèle, basé sur la relaxation de l’énergie élastique, du fait de l’anisotropie élastique du mono-cristal de glace, permettrait de favoriser les cristaux dont l’axe c est aligné avec la direction de la contrainte principale locale. Cette étude a été complétée par des expériences numériques, basées sur un modèle à champ complet et une loi de plasticité cristalline élasto-viscoplastique qui permet de reproduire les hétérogénéités de déformation et de contrainte. Ces expériences numériques ont montré que ce mécanisme de germination orienté pourrait permettre d’expliquer le développement des textures de recristallisation. / Ice is an hexagonal material in which deformation mainly occurs by dislocation glide along the basal plane conferring a strong viscoplastic anisotropy to the single crystal. Hence, during polycrystalline ice deformation the incompatibility between grains lead to highly heterogeneous strain. During ice creep at high temperature, dynamic recrystallisation occurs, leading to the development of a new microstructure and strong recrystallisation textures.These new microstructure and texture increase the ductility of the material. The aims of this study is to investigate dynamic recrystallisation mechanisms and their links with strain heterogeneities to better understand the development of these microstructure and texture.Creep experiments are carried out in conditions where dynamic recrystallisation is important (T > 0.95T f and 0.5 < σ < 1 M P a). Two kinds of polycrystalline samples are used: granular ice, which can be considered as a representative elementary volume and enable to understand the global impact of dynamic recrystallisation mechanisms on texture and microstructure; and columnar ice which enable to better constrain the dynamic recrystallisation mechanism such as nucleation and their link with the strain heterogeneities down to the intra and inter-granular scales. Strain field evolution is measured in situ using digital images correlation and pre- and post- deformation microstructures and textures are measured using optical imaging and Electron BackScatter Diffraction (EBSD).Due to the strong strain heterogeneities, both continuous and discontinuous recrystallisation mechanisms occured. Sub-grain boundary formation, nucleation by bulging and grain boundary migration are mechanisms very active during dynamic recrystallisation in ice. On top of that, we also observed new grains with orientations highly disoriented compared to the neighbouring grains. This observation implies a nucleation mechanism different compare to the one mentioned above. Using Nye theory on EBSD measurements constrains the geometrically necessary dislocations of the sub-grain boundaries. Tilt sub-grain boundaries made of non-basal c dislocations have been observed. Only few observations of c dislocations existed so far, all of them made in very specific conditions.A strong correlation between recrystallisation mechanisms and strain field heterogeneities have been observed. Recrystallisation mechanisms lead to a decrease and spread of strain heterogeneities. The strain localise into bands of deformation oriented at around ±45° from the compression axis and with a typical length higher than the mean grain size. These bands of high deformation localise most of the dynamic recrystallisation mechanisms. This observation shows that the long range interaction of the strain and stress heterogeneities.We propose a new model which could be able to constrain the nucleus orientation for spontaneous nucleation. This model, based on the elastic energy relaxation during nucleation tanks to the elastic anisotropy of ice single crystal, should constrain the c axis to be aligned with the locale principal stress direction. To investigate the impact of such oriented nucleation mechanism on the texture development, a numerical experiment has been proposed using full field simulation with an elasto-viscoplastic law able to simulate the strain and stress fields heterogeneities. These numerical experiments show that the oriented nucleation mechanism might be able to explain the development of recrystallisation texture.

Ce travail de thèse présente la mise au point d'une méthodologie de mesure de champs de déformations planes à l'échelle micrométrique. La mesure cinématique est faite par une méthode de grille qui analyse les déformations d'un réseau périodique attaché à la surface à étudier. Les grilles ont été réalisées par photolithographie interférentielle directe. Pour l'observation et la numérisation des réseaux, le choix s'est porté sur la microscopie interférométrique en lumière blanche qui donne accès à la topographie 3D de la surface d'intérêt. Une étude de bruit à permis d'optimiser la réalisation des réseaux pour l'application mécanique auxquels ils étaient destinés. Par ailleurs, l'application de déplacements de corps rigide a permis de mettre en évidence un problème de corrélation spatiale de ce bruit qui ne pouvait être ignoré. Ainsi, et en apportant un soin particulier sur la réalisation expérimentale des essais mécaniques, la résolution en déformation obtenue est de l'ordre de 1 à 2×10−3 pour une résolution spatiale d'environ 20 μm. Une première application concernant l'étude des déformations élasto-plastiques d'un acier ferritique a permis de valider la présente méthode, de l'étendre à l'étude de régions d'intérêt de plus grandes tailles et d'en souligner les points forts mais aussi les limites.

L'élaboration de nanostructures semi-conductrices ordonnées, contrôlées en taille et en position, est un enjeu technologique important pour satisfaire les besoins de miniaturisation des circuits actuels de la micro/nano-électronique. Dans cette thèse, une méthode originale d'organisation latérale de nanostructures a été explorée et appliquée au cas de nanostructures de germanium épitaxiées sur silicium (001). Cette technique utilise un réseau de dislocations de flexion proche de la surface libre du substrat, obtenu par collage moléculaire. Un champ de déformation élastique, périodique, se propageant de l'interface de collage jusqu'à la surface des échantillons, nous avons pu obtenir une croissance organisée de nanostructures de germanium.

Ce travail de thèse présente la mise au point d'une méthodologie de mesure de champs de déformations planes à l'échelle micrométrique. La mesure cinématique est faite par une méthode de grille qui analyse les déformations d'un réseau périodique attaché à la surface à étudier. Les grilles ont été réalisées par photolithographie interférentielle directe. Pour l'observation et la numérisation des réseaux, le choix s'est porté sur la microscopie interférométrique en lumière blanche qui donne accès à la topographie 3D de la surface d'intérêt. Une étude de bruit à permis d'optimiser la réalisation des réseaux pour l'application mécanique auxquels ils étaient destinés. Par ailleurs, l'application de déplacements de corps rigide a permis de mettre en évidence un problème de corrélation spatiale de ce bruit qui ne pouvait être ignoré. Ainsi, et en apportant un soin particulier sur la réalisation expérimentale des essais mécaniques, la résolution en déformation obtenue est de l'ordre de 1 à 2×10-3 pour une résolution spatiale d'environ 20 µm. Une première application concernant l'étude des déformations élasto-plastiques d'un acier ferritique a permis de valider la présente méthode, de l'étendre à l'étude de régions d'intérêt de plus grandes tailles et d'en souligner les points forts mais aussi les limites.

Lorsque des plutons granitiques se mettent en place dans une croate en cours de raccourcissement ils créent des hétérogéneités thermiques et rhéologiques et deviennent des sites de localisation préfèrentielle de la déformation crustale, La déforfmation enregistrée au niveau de ces plutons traduit l'interférence entre le champ de déformation régional et un champ de déformation local lié à l'intrusion des plutons, En analysant les répercussions de cette interférence SI.H le champ de déformation finie dans un ensemble pluton-encaissant, on peut estimer le contexte tectonique de mise en place des plutons et reconstituer la géométrie et la cinématique de la déformation crustale associée, L'utilisation des plutons granitiquescomme marqueurs de la déformation crustale a été testée à l'échelle d'un segment de chaine hercynienne, la méseta marocaine qui constitue le prolongement Sud de la chaine hercynienne Ouest Européenne, La déformation majeure de ce domaine, d'âge tardi carbonifère s'accompagne de la mise en place, dans l'intervalle :32\)- 270 ~a, de granitoides divisés en :3 groupes (mixtes I-S, crustaux S, alcalins), Le caractère syntectonique de la mise en place de ces granites est mis en évidence (1) par la distribution, la forme et l' orientation des plutons, (2) par le développement, de structures tectoniques superposées le Iong de gradients d'intensité de déformation finie en direction des plutons, (3) par l'existence d'un métamorphisme de contact syntectoniquJe (HT, BP), d'intensité croissante vers les plutons, (4) par' la compatibilité entre les trajectoires principales de déformation interne (S1,Le1) et les trajectoires principales de la déformation régionale, (S) par la présence de points triples de schistosi té, (6) par l'évolution des processus d'orthogneissification traduisant une diminution de la température de la déformation interne lors de l'avancement de la cristallisation du pluton, L'intégration à l'échelle du segment de chaine des différents états de déformation enregistrés au niveau des plutons permet de reconstituer le champ de déformation finie postviséen qui est caractérisé par un raccourcissement régional NW-SE avec une extension subhorizontale NE-SW, Les relations entre déformation et déplacement autour des plutons granitiques montrent la prédominance de mouvements subhorizontaux le Iong de décrochements ductiles organisés en deux familles ENE dextre dominante et subméridienne senestre, Ces déplacements horizontaux sont localement perturbés pour devenir décrochevauchants à chevauchants vers le NW ou le SE, Ils sont situés au niveau de fractures crustales existant déjà dans le soubassement précambrien et réactivées préférentiellement dans les zones amollies thermiquement par les plutons, La formation entre 320 et 280 MA de magmas calco-alcalins "crustaux" est compatible avec un processus de subduction continentale syn à post collision, Ces magmas se mettent en place le long de fractures crustales réactivées en décrochements et décrochevauchements, Le fonctionnement tardi tectonique de cisaillements lithosphèriques non rectilignes permet l'ascension des granites alcalins tardifs (270 MA), L'lmportance des mouvements transcurrents enregistrés par les plutons syntectoniques hercyniens permet de penser que la chaine hercynienne du maroc est une chaine en décrochement, Elle est localisée au niveau d'une importante zone de coulissage intracontinental dextre traduisant un découplage Afrique-Europe avec déplacement de l'Afrique vers l'ouest, Cette zone de coulissage est corrélable avec les grands décrochements hercyniens de l'Europe de l'Ouest.

Les alliages à mémoire de forme (AMF) sont des matériaux qui possèdent des propriétés mécaniques étonnantes : super élasticité, mémoire de forme proprement dite, grande capacité d'amortissement. Ces différentes propriétés thermomécaniques existent en fait généralement pour un même AMF, mais pour des températures d'utilisation différentes. La composition chimique d'un AMF est un paramètre clé de son comportement macroscopique. L'objectif de ce mémoire est l'étude des mécanismes microstructuraux qui sont à l'origine des propriétés thermomécaniques des AMF. Celles-ci prennent leur source dans un phénomène physique de changement de phase solide-solide nommé " transformation martensitique ". La phase mère (austénite) possède une structure cristalline cubique centrée pour tous les AMF connus. La transformation martensitique a pour effet de rompre cette symétrie. Elle donne naissance à de nouvelles structures cristallines qui sont fonctions principalement de la composition chimique de l'AMF. Le présent travail traite de la compréhension de l'organisation spatiale des phases austénite et (variantes de) martensite existant dans les AMF : les microstructures martensitiques. Dans une première partie de la thèse, une évolution de la notion de compatibilité cristallographique d'une microstructure est proposée. Une microstructure peut être non-compatible à contrainte nulle et pour autant exister dans le matériau sans créer " trop " d'irréversibilités mécaniques. Ceci permet de conserver la réversibilité de la transformation de phase et au final d'assurer la mémoire de forme. Le qualifcatif de microstructure " presque-compatible " est proposé. La seconde partie de la thèse se propose d'observer expérimentalement des microstructures martensitiques obtenues sous chargement mécanique dans un monocristal d'AMF en Cu-Al-Be. Deux techniques de mesure de champs sont couplées dans ce but : la thermographie infrarouge, qui délivre des champs de températures, et la méthode de la grille qui permet d'accéder aux champs de déformations. Des microstructures martensitiques sont révélées et analysées.

Les aciers inoxydables austéno-ferritiques présentent une microstructure biphasée dans laquelle se mêlent austénite et ferrite. Leurs caractéristiques mécaniques élevées ainsi que leur bonne tenue en corrosion en font un candidat sérieux pour remplacer les aciers inoxydables austénitiques. Malheureusement, la faible forgeabilité de ces alliages rend la fabrication de tôles particulièrement critique. En effet, le phénomène de " crique de rive " est fréquemment rencontré au cours des étapes du laminage à chaud. Par conséquent, cela nécessite des opérations supplémentaires comme le découpage des rives, ce qui aboutit à une augmentation des coûts de production. Les différents facteurs influençant la ductilité à chaud de ces aciers sont passés en revue afin d'identifier quels sont les zones d'ombres. La synthèse bibliographique révèle deux zones d'ombres : d'une part, le manque d'un essai de ductilité à chaud permettant de discriminer différentes microstructures en terme de résistance à la propagation de fissure à haute température ; et d'autre part l'absence de données quantitative concernant la partition de la déformation entre la ferrite et l'austénite lors des étapes de mise en forme à chaud. Le concept de travail essentiel de rupture a été appliqué à hautes températures. Il a été démontré que cette méthode est fiable et discriminante pour quantifier la résistance à la propagation de fissure à haute température. Elle permet également de générer un paramètre physique pertinent pour optimiser les microstructures par rapport à un mode de mise en forme donné. La technique conventionnelle de micro-grilles a été adaptée de manière à cartographier à haute température les déformations à l'échelle de la microstructure. Cette technique fournit en plus des résultats qualitatifs concernant les mécanismes de déformations, des données quantitatives à propos de la partition de la déformation entre la ferrite et l'austénite. Ces données peuvent être utilisées afin de valider les modèles qui prédisent le comportement à chaud des aciers duplex pendant les premières étapes du laminage à chaud. Les deux outils developpés au cours de cette étude permettent de donner des solutions pour éviter le phénomène de " crique de rives ".

La thèse a pour but de caractériser les propriétés mécaniques de matériaux à base de fibres de bois en relation avec les propriétés intrinsèques des fibres et leur arrangement spatial complexe. Ce type de matériau, dont les caractéristiques dépendent de sa configuration, est hétérogène à différentes échelles : à l’échelle microscopique de la fibre, à l’échelle mésoscopique du réseau des fibres et à l’échelle macroscopique du matériau. Pour observer ces hétérogénéités, différents moyens expérimentaux de caractérisation sont utilisés, notamment la microtomographie aux rayons X et la corrélation d’images volumiques. Ces deux techniques permettent à la fois de visualiser et numériser la position spatiale des différentes fibres du matériau à l’échelle microscopique dans le volume, et d’obtenir le champ tridimensionnel de déformation à cœur. Comme résultats, le matériau étudié montre un comportement non-linéaire avec une déformation résiduelle et un effet d’hystérésis en charge/décharge, qui suit le modèle de Van-Wyk. A l’échelle microscopique, le champ de déformation 3D apparait fortement hétérogène et est intimement lié aux porosités locales. / This thesis aims at characterizing the mechanical properties of wood-based fibrous material in relation with the intrinsic properties of the fiber as well as the complex architecture of random fibrous assembly. This material, whose characteristics strongly depend on its configuration, is heterogeneous at different scales: microscopic scale of individual fibers, mesoscopic scale of fiber assembly and macroscopic scale of sample. In order to observe these heterogeneities, different experimental characterization methods are employed, especially X-ray microtomography and Digital Volume Correlation. These both techniques allow us to visualize and digitize the spatial position of different phases of material at microscopic scale as well as the full 3D strain field inside the material. The obtained results are following: the material shows a non-linear mechanical behavior with hysteresis and residual deformation during cyclic compression tests, which respects Van Wyk's model. At microscopic scale, the 3D strain field is strongly heterogeneous and deeply related to local porosities.

Les aciers inoxydables austéno-ferritiques présentent une microstructure biphasée dans laquelle se mêlent austénite et ferrite. Leurs caractéristiques mécaniques élevées ainsi que leur bonne tenue en corrosion en font un candidat sérieux pour remplacer les aciers inoxydables austénitiques. Malheureusement, la faible forgeabilité de ces alliages rend la fabrication de tôles particulièrement critique. En effet, le phénomène de « crique de rive » est fréquemment rencontré au cours des étapes du laminage à chaud. Par conséquent, cela nécessite des opérations supplémentaires comme le découpage des rives, ce qui aboutit à une augmentation des coûts de production. Les différents facteurs influençant la ductilité à chaud de ces aciers sont passés en revue afin d'identifier quels sont les zones d'ombres. La synthèse bibliographique révèle deux zones d'ombres : d'une part, le manque d'un essai de ductilité à chaud permettant de discriminer différentes microstructures en terme de résistance à la propagation de fissure à haute température ; et d'autre part l'absence de données quantitative concernant la partition de la déformation entre la ferrite et l'austénite lors des étapes de mise en forme à chaud. Le concept de travail essentiel de rupture a été appliqué à hautes températures. Il a été démontré que cette méthode est fiable et discriminante pour quantifier la résistance à la propagation de fissure à haute température. Elle permet également de générer un paramètre physique pertinent pour optimiser les microstructures par rapport à un mode de mise en forme donné. La technique conventionnelle de micro-grilles a été adaptée de manière à cartographier à haute température les déformations à l'échelle de la microstructure. Cette technique fournit en plus des résultats qualitatifs concernant les mécanismes de déformations, des données quantitatives à propos de la partition de la déformation entre la ferrite et l'austénite. Ces données peuvent être utilisées afin de valider les modèles qui prédisent le comportement à chaud des aciers duplex pendant les premières étapes du laminage à chaud. Les deux outils developpés au cours de cette étude permettent de donner des solutions pour éviter le phénomène de « crique de rives ». / The Duplex Stainless Steels (DSS) are defined as a family of stainless steels consisting of a two-phase microstructure involving δ-ferrite and γ-austenite. Exceptional combinations of strength and toughness together with good corrosion resistance under critical working conditions designate DSS a suitable alternative to conventional austenitic stainless steels. Unfortunately, the relatively poor hot workability of these alloys makes the industrial processing of flat products particularly critical. Cracking of the coils during hot rolling along the edges is frequently reported. As a consequence, additional operations like grinding, discontinuous processing or scraping are often required, leading to increased manufacturing costs. The different parameters affecting the hot working of duplex stainless steels have been reviewed in order to identify which are the missing pieces of the puzzle. The bibliographical review reveals that two pieces are missing in the hot workability puzzle. On the one hand, it is necessary to develop a new hot ductility test which allows discriminating microstructures in terms of high temperature tearing resistance, and on the other hand, quantitative data about the strain partitioning between ferrite and austenite during the hot working operations are needed. The Essential Work of Fracture concept has been applied at high temperature. It has been demonstrated that this method is a reliable and discriminating tool for quantifying the high temperature tearing resistance and to generate a physically relevant index to guide the optimization of microstructures towards successful forming operations. A modified micro-grid technique has been developed to experimentally simulate the local state of deformation of different duplex microstructures at high temperature. This technique provides qualitative results about the deformation features as well as quantitative data about the strain partitioning between ferrite and austenite. The micro-strain distributions measured can be used to validate the models predicting the hot deformation of duplex stainless steels during the roughing-mill operations. The two tools developed in this investigation allow suggesting possible remedies for the edge cracking phenomenon.