L'extension de la durée de vie des centrales nucléaires est considérée comme un défi énergétique mondial. C’est pourquoi il est nécessaire d’analyser les risques et d’étudier les effets de différents facteurs susceptibles de présenter un risque pour une exploitation sûre à long terme. Ces structures, souvent de grandes dimensions, sont soumises au cours de leurs vies à des chargements complexes combinant des sollicitations mécaniques variées, multiaxiales, avec des valeurs moyennes non nulles associées à des fluctuations de température dans un environnement agressif comme celui de circuit primaire de Réacteur à Eau Pressurisée (REP). Dans ce contexte, la présente étude est inscrite dans le cadre de l’identification de l’effet du milieu REP et de l’équibiaxialité du chargement sur la durée de vie en fatigue des aciers inoxydables austénitiques présents dans les tuyauteries primaires d’un Réacteur à Eau Pressurisée.Pour cela, le CEA a développé, en collaboration avec EDF et FRAMATOME, le dispositif expérimental «FABIME2e» destiné à l’étude de la fatigue équibiaxiale dans le milieu REP.Dans un premier temps, une présentation des résultats expérimentaux et numériques obtenus avec le dispositif FABIME2e est réalisée. Ces résultats montrent l’effet aggravant de l’équibiaxialité du chargement et des conditions REP de l’environnement sur la durée de vie en fatigue des aciers inoxydables austénitiques. Cependant cet effet aggravant reste couvert par la courbe de Design définie par les codes de conception de l’industrie nucléaire. Un nouveau critère de fatigue est ensuite proposé pour prédire la durée de vie en fatigue équibiaxiale tout en prenant en compte l’effet d’environnement REP.Ce travail ouvre plusieurs perspectives industrielles et scientifiques sur l'interprétation mécanique des essais de fatigue équibiaxiale dans l’environnement REP et sur le critère de fatigue proposé. / The lifetime extension of the nuclear power plants is considered as a major energy challenge. For this reason, the risk analysis and the study of various effects of different factors that could potentially represent a hazard to a safe long term operation are necessary. These structures, often of large dimensions, are subjected during their life to complex loading combining varying mechanical and multiaxial loads, with non-zero mean values associated with temperature fluctuations and Pressurized Water Reactor (PWR) environment.In this context, the present study is part of the identification of the PWR environment effect and the equibiaxiality of the loading on the fatigue life of the austenitic stainless steels present in the primary pipes of a Pressure Water Reactor.For this purpose, the CEA has developed, in partnership with EDF and FRAMATOME, the experimental device «FABIME2e» for studying the equibiaxial fatigue in the PWR environment.First, a presentation of the experimental and numerical results obtained with the FABIME2e device is realized. These results show the aggravating effect of equibiaxial loading and environmental PWR conditions on the fatigue life of austenitic stainless steel. This effect remains covered by the Design curve defined by the design codes of the nuclear industry. Second, a new fatigue criterion is proposed to predict the lifetime in equibiaxial fatigue. This criterion takes into account the effect of the PWR environment.This work opens up several industrial and scientific prospects on the mechanical inter-pretation of equibiaxial fatigue tests in PWR environment and on the proposed fatigue criterion.

Cette thèse s’ajoute aux différents travaux de recherche qui traitent des alliages d’aluminium fortement utilisés dans l’industrie aéronautique et contribue fortement à comprendre le comportement élastoplastique en chargement cyclique à contrainte imposée du 2017A. L’apport essentiel de ce travail est l’étude de l’anisotropie propre du matériau utilisé à travers le suivi de l’évolution des différents paramètres caractérisant la plasticité cyclique de notre matériau. En effet, nous avons caractérisé cette anisotropie en comparant le comportement du matériau en traction-compression avec celui de la torsion alternée selon l’évolution cyclique de la réponse contrainte-déformation, l’évolution de l’état stabilisé, l’évolution des variables d’écrouissages cinématique et isotrope ainsi que l’anisotropie selon le comportement en fatigue et endommagement. Pour mieux affiner la partie expérimentale de ce travail, des investigations microstructurales des faciès de rupture de toutes les éprouvettes utilisées ont été effectuées afin de mieux comprendre les mécanismes d’endommagement cyclique dans notre matériau. Dans la partie numérique de cette thèse, nous avons réalisé des simulations numériques en utilisant la dernière version du modèle multimécanismes qui tient compte de l’anisotropie du matériau. Les résultats de ces simulations, réalisées en considérant les mêmes conditions de nos essais expérimentaux, confirment les capacités de cette nouvelle version à estimer le comportement élastoplastique d’un matériau anisotrope. / The present work is devoted to study the anisotropic behavior of an extruded aluminum alloy under cyclic loading in axial and shear directions. In the first part, we have studied its elastoplastic behavior through the evolution of stress–strain loops, isotropic and kinematic hardening and we have associated this behavior with the evolution of its elastic adaptation (shakedown). We have studied the behavior of the material in fatigue damage using the evolution of stiffness. Microstructural investigations were performed on fractured surfaces using scanning electron microscope (SEM) in orderto understand the evolution of fatigue damage during cyclic loading. In the second part, we have simulated all the tests performed in the experimental part using the new version of multimechanisms model. The obtained results show that this version is able to take into account the anisotropic behavior of the materials under stress controlled tests.

Les ouvrages de génie civil, imposants et uniques, sont majoritairement construits en béton armé ou précontraint. La durabilité, l'étanchéité et la sûreté sont primordiales lorsqu'il s'agit d'évaluer la performance d'un ouvrage. La fissuration est un phénomène majeur qui influence le comportement des ouvrages sous diverses sollicitations en terme de durabilité et de tenue structurale. Le développement de lois de comportement capables de décrire de manière robuste et efficace la réponse des matériaux quasi-fragiles sous sollicitations complexes représente encore aujourd'hui un paradigme qui suscite de nombreux travaux au sein de la communauté scientifique. L'objectif principal de ces travaux est le développement d'un modèle numérique capable de représenter explicitement la fissuration des éléments de structure en béton armé. La dégradation des structures en béton armé, caractérisée par un réseau de fissures anisotrope, est décrite par un modèle d'endommagement anisotrope fondé sur des fissures orientées. La cinématique du modèle est enrichie par un saut de déplacement de manière à représenter explicitement le développement de fissures dans le matériau. Ce saut de déplacement est identifié comme l'ouverture de fissure. Le modèle développé est validé sur des structures en béton présentant des mécanismes de ruine en mode I et mode mixte. Les performances du modèle sont illustrées via la simulation de structures en béton armé comme un voile en cisaillement soumis a un chargement cyclique. / Civil engineering buildings, massive and unique, are mostly made of reinforced or prestressed concrete. Sustainability, tightness and safety are the major pillars of a building's performance. Cracking is a major phenomenon which impacts the buildings' behaviour under different loadings in terms of sustainability and structural capacity. Development of numerical models which describe accurately the response of quasi-brittle materials under complex loading remains an important research topic for the scientific community. The objective of this work is the development of a numerical model which represents explicitly cracking of reinforced concrete structures. Concrete and reinforced concrete degradation process, characterised by the appearance of several anisotropic crack families, is described by means of an anisotropic damage model accounting for oriented crack families. The kinematics of this model is enriched with a displacement jump in order to reproduce the development of cracks in the material during loading. This displacement jump is identified as the crack opening. The developed model is validated on simulations of plain concrete structures exhibiting mode I as well as mixed-mode failure. The performances of the enriched model are shown by the simulation of reinforced concrete structures such as a shear wall submitted to cyclic loading.

La recherche de "solutions aciers" peu coûteuses alliant conjointement allègement pondéral et sécurité passive est au cœur des problématiques actuelles dans l'industrie automobile. C'est pourquoi le développement de nuances à haute résistance s'en trouve fortement accru, en particulier les alliages inoxydables austénitiques qui présentent une transformation induite par la plasticité (effet TRIP), laquelle améliore considérablement les propriétés mécaniques de ces aciers. L'introduction dans les codes de calcul lors du prototypage de véhicules des modèles appropriés, passe par une bonne connaissance des mécanismes de transformation et de déformation se produisant dans ces matériaux. On a étudié le comportement mécanique et la transformation martensitique dans deux aciers inoxydables austénitiques : 301LN et 201. Pour connaître l'influence de la température sur le comportement de ces alliages, des essais de traction ont été réalisés dans le domaine de température [-150°C ; 150°C] couvrant largement les conditions de mise en forme et de crash en zone froide. De même, l'analyse de la résistance des matériaux au crash a été effectuée via l'étude du comportement en traction aux grandes vitesses de déformation s'étendant de 5.10-4 s-1 à 200 s-1. Des mesures de dosage magnétique à saturation ont permis d'évaluer les fractions volumiques de martensite alpha' formée dans les différentes conditions thermomécaniques. Une loi de transformation thermodynamique a été écrite permettant de modéliser les cinétiques de transformation gamma → alpha' obtenues. Les microstructures de déformation ont été identifiées par diffraction des rayons X et par microscopie électronique en transmission. L'établissement de cartographies de ces microstructures en fonction de la température et de la vitesse de déformation a permis de déterminer les modes de transformation et de déformation dans chaque alliage. On montre que l'accroissement de la vitesse de déformation favorise l'apparition de défauts planaires et la formation de martensite alpha' quand la température en cours d'essai est proche de Md. Outre les caractéristiques en traction, l'influence du taux de triaxialité sur la transformation martensitique a été étudiée. Les chargements suivants ont été appliqués : cisaillement simple, traction plane et expansion équibiaxiale. Les fractions volumiques relevées dans ces conditions laissent penser que l'état de déformation local dans les alliages est un paramètre significatif pour décrire la transformation martensitique. L'impact de chargements non proportionnels a été étudié en faisant varier pour un échantillon donné, l'orientation de la sollicitation dans deux directions non parallèles. Les modifications relevées sur les courbes de traction ainsi que les fractions volumiques mesurées font ressortir l'importance de la prise en compte de la transformation martensitique à l'échelle des systèmes de glissement mis en jeu. Il ressort principalement de cette étude : (i) que les deux nuances 301LN et 201 sont substituables pour les applications visées malgré une différence des modes de déformation. (ii) que l'augmentation de la vitesse de déformation favorise la formation de martensites (alpha' et epsilon et de macles. (iii) qu'une bonne représentation des cinétiques de transformation passe par la description de la transformation à l'échelle cristalline. (iv) que les modèles classiques d'homogénéisation de composite sont insuffisants pour rendre compte du caractère adoucissant de la transformation de phase.

Dans le cadre du Projet National SOLCYP, le présent travail avait pour but d'étudier la réponse des pieux sous chargements axiaux pour les phases avant, pendant et après cycles. Pour atteindre cet objectif, une étude expérimentale étendue a donc été réalisée par le moyen de deux compagnes d'essais de chargements cycliques sur différents types de pieux instrumentées (battus, forés, vissés) dans deux sites expérimentaux : le site de Merville dans l'argile surconsolidée des Flandres et le site de Loon-Plage près de Dunkerque dans les sables denses des Flandres. Les essais cycliques comportaient des essais en compression, en traction et alternés avec des séries de cycles à forte amplitude conduisant à la rupture cyclique et des séries d'amplitude modérée à très grands nombres de cycles (N>5 000 cycles).L'interprétation de ces essais a englobé, d'une part, une analyse globale du comportement des pieux sous chargements cycliques notamment (i) la réduction de la capacité du pieu; (ii) le nombre de cycles que le pieu peut support avant la rupture (iii) l'évolution du déplacement en tête des pieux (rigidité cyclique). D'autre part, elle a intégré une étude locale en particulier sur la dégradation du frottement latéral et l'évolution de la résistance de pointe du pieu. Cette thèse, basée sur l'étude expérimentale, a permis la formulation des conclusions pratiques sur le comportement des pieux sous chargements cycliques axiaux et a proposé des perspectives pour bien cerner cette problématique / As part of the French National research project SOLCYP, the purpose of this work was study the behavior of the piles under axial loadings for the phases before, during and after cycles.To achieve this objective, an extensive series of static and cyclic axial pile load tests have been carried out in two experimental sites of the North of France: the overconsolidated Flandrian clays (Merville experimental site) and in dense Flandrian sands (Loon-Plage experimental site). Tests were performed on driven closed-ended pipe piles, bored piles and screwed. All piles were instrumented with retrievable extensometers for measuring the load distribution along the pile wall.Cyclic load tests were composed of series of cycles of constant load amplitude. A large range of load histories were applied including series of small amplitude cycles and great number of cycles (N > 5000) and series of large amplitude cycles leading to cyclic failure after a small number of cycles..A large volume of data has been interpreted to describe the effects of axial cyclic loads on the behavior of the piles. The interpretation of these tests included, on the one hand, a global analysis focusing on (i) the potential reduction on the ultimate axial capacity; (ii) the number of load cycles of a given load that the pile can sustain before cyclic failure and (iii) the evolution of displacements of the pile head during cyclic loading (pile stiffness). In addition, it integrated a local study in particular on shaft friction degradation along the pile wall and evolution of the resistance of point of the pile.This thesis, based on the experimental study, allowed the formulation of the practical conclusions on the behavior of the piles under axial cyclic loadings and proposed prospects for determining these problems well

L’ingénierie tissulaire vise à l’élaboration de prothèses biologiques par la régénération ou la culture, in vitro ou in vivo, de tissus ou d’organes. Dans la stratégie de culture in vitro, le développement de nouveaux outils, tels que des bioréacteurs, permettant la culture de cellules ou de tissus sous sollicitations mécaniques spécifiques au tissu est primordial. De plus, l’avancée de cette discipline dans la régénération des tissus nécessite de développer, dès à présent, des méthodes d’évaluation mécanique satisfaisantes permettant de comparer ces néo-tissus aux tissus sains selon des critères de sollicitations physiologiques. En effet, pour parvenir à une bonne évaluation de ces matériaux, il est nécessaire de pouvoir les tester sur des chargements représentatifs des sollicitations physiologiques auxquelles ils sont soumis. Nous avons ainsi, dans un premier temps, conçu et développé un bioréacteur de ligaments permettant la culture de cellules stimulées mécaniquement par des sollicitations cycliques de traction-torsion. Ce bioréacteur a été dimensionné afin de pouvoir obtenir des bio-prothèses de taille comparable aux ligaments et tendons à remplacer (4 à 5 cm de long). Nous avons, dans un deuxième temps, développé un modèle du comportement mécanique global de ces tissus à partir du formalisme thermodynamique développé au sein de notre laboratoire et des observations faites sur des tendons d’Achille de lapin. Ce modèle a pour but d’approfondir la compréhension des structures intervenant de façon prépondérante dans la qualité mécanique de ces tissus ainsi que l’évaluation et l’optimisation des matrices de support et des néo-tissus devant s’y substituer / Tissue Engineering aims to fabricate bio-prostheses by regenerating or culture, in vivo or in vitro, tissues or organs. In the in vitro strategy, developing new tools such as bioréactors which allow the culture of cells or tissues under their specific mechanical solicitations is a huge point. Moreover, the last advances of this discipline in regeneration of tissues require new mechanical model allowing their evaluation and comparison to native tissue under physiological loading. Indeed, in order to obtain a good evaluation of their mechanical quality, it is important to be able to applied mechanical solicitations linked to physiological ones. As a first step, a bioreactor of ligament allowing the culture of cells under mechanical solicitations of cyclic traction-torsion was designed and developed. This bioreactor was sized to potentially obtain a bio-prosthesis comparable to native tissue in term of size (4 to 5 cm long). In a second time, a mechanical model was elaborated based on a thermodynamic formalism developed in our laboratory and the observation made on rabbit Achilles tendons. The goals of this model are to improve our knowledge on the mayor structures involved into the mechanical quality of theses tissues and to evaluate and optimise the scaffolds and neo-tissues of substitution

Ce manuscrit traite de la problématique de la surveillance des structures depuis la mesure en service jusqu'à la caractérisation des champs mécaniques. La technologie des systèmes de mesure est étudiée dans la première partie. Les spécifications d'un système de mesure embarqué sont identifiées à partir d'essais en service sur des structures et à partir des applications envisagées. Ces spécifications définissent les hypothèses de résolution du problème inverse lié à l'interprétation des mesures.La deuxième partie présente la formulation du problème inverse de surveillance des structures à partir des hypothèses précédemment énoncées. Le principe est de reconstruire les champs mécaniques à partir de l'identification des conditions aux limites. Seul le chargement est considéré et le principe de Saint-Venant permet de restreindre le nombre de paramètres nécessaires à sa modélisation. La difficulté réside alors dans le choix des bonnes bases de chargement et dans le positionnement des capteurs. Cette méthode est appliquée aux structures poutres dans la troisième partie. Les bases de chargement sont obtenues à partir d'une projection des solutions analytiques du problème de poutre sur les bords des structures. Le positionnement des capteurs est ensuite étudié sur des structures poutres élémentaires qui réduisent le problème inverse à une identification polynomiale. La décomposition des structures poutres complexes en structures élémentaires simplifie alors la définition des bases de chargement et le positionnement des capteurs. La dernière partie présente les résultats obtenus sur des structures plaques. Les bases de chargement sont construites par projection des solutions analytiques pour les domaines étoilés. L'extension à des domaines quelconques est faite en considérant seulement les bords chargés des structures pour se ramener à des domaines étoilés équivalents. Bien que ces bases ne soient plus complètes, les résultats obtenus sur des plaques trouées montrent leur intérêt. Ces résultats servent ensuite à la construction des bases de chargement et au positionnement des capteurs pour les structures complexes modélisées par des assemblages de plaques. / This thesis tackles the problem of structural monitoring from integrated measurements to full-field reconstruction.In a first part, the technology of measurement systems is studied. An integrated measurement system is specified from some structural tests in-service and its future applications. These specifications define the mechanical framework of structural monitoring.The inverse problem associated with structural monitoring is expressed in a second part. The mechanical hypothesis result from the previously defined framework. The boundary conditions are identified in order to reconstruct the mechanical fields. The loads are considered only and the Saint-Venant's principle allows to limit the number of the loading parameters. The main issue is then to find the right loading basis and then to optimize the sensor locations.This method for structural monitoring is applied to beams in the third part. The analytical solutions of the mechanical equations for beams are projected on the boundary of the structures in order to obtain the loading basis. The optimal sensor locations are then estimate from elementary structures, what reduces the inverse problem to a polynomial identification. The complex beam structures are then decomposed into elementary ones, what drastically simplifies the construction of the loading bases and the sensor locations.In a last part, plate structures are considered. The loading basis are firstly defined by the projection of the analytical solutions of star-shaped domain. These basis are then extended to any plate structures using some loaded boundaries only in order to design an equivalent star-shaped domain. Even if these loading basis are incomplete sets, the results are in good agreement. The same principle is used to obtain the loading basis for complex structures modeled by plate assemblies.

L'importance croissante de l'évaluation de la performance des structures soumis au chargement sismique souligne la nécessité d'estimer le risque de liquéfaction. Dans ce scénario extrême de la liquéfaction du sol, des conséquences dévastatrices sont observées, par exemple des tassements excessifs et des instabilités de pentes. Dans le cadre de cette thèse, la réponse dynamique et l'interaction d'un système ouvrage en terre-fondation sont étudiées, afin de déterminer quantitativement le mécanisme de ruine dû à la liquéfaction du sol de la fondation. Par ailleurs, les chargements sismiques peuvent induire dans les ouvrages en terre un mode de rupture générant des bandes de cisaillement. Une étude de sensibilité aux maillages a donc été engagée pour quantifier la dépendance des résultats de l'analyse dynamique. Par conséquent, l'utilisation d'une méthode de régularisation est évaluée au cours des analyses dynamiques. Le logiciel open-source Code_Aster, basé sur la méthode des Eléments Finis et développé par EDF R&D, est utilisé pour les simulations numériques, tandis que le comportement du sol est représenté par le modèle de comportement de l'ECP, développé à CentraleSupélec. En premier lieu, un modèle simplifié de propagation 1D des ondes SH dans une colonne de sol avec comportement hydromécanique couplé non linéaire a été simulé. L'effet des caractéristiques du signal sismique et de la perméabilité du sol sur la liquéfaction est évalué. Le signal sismique d'entrée est un élément important pour l'apparition de la liquéfaction, puisque la durée du choc principal peut conduire à de fortes non linéarités et à un état de liquéfaction étendu. En outre, quand une variation de perméabilité en fonction de l'état de liquéfaction est considérée, des changements significatifs sont observés pendant la phase de dissipation de la surpression interstitielle de l'eau et au comportement du matériau. En revanche, ces changements ne suivent pas une tendance unique. Puis, l'effet d'une méthode de régularisation avec cinématique enrichie, appelée premier gradient de dilatation, sur la propagation des ondes SH est étudié au travers d'une solution analytique. Des problèmes à la réponse dynamique du sol sont observés et discutés quand cette méthode de régularisation est appliquée. Ensuite, un modèle 2D d'un déblai est simulé et sa réponse dynamique est évaluée en conditions sèches, complètement drainées et hydromécanique couplées. Deux critères sont utilisés pour définir le début de la rupture de la structure. Le travail du second ordre est utilisé pour décrire l'instabilité locale à des instants spécifiques du mouvement sismique, tandis que l'estimation d'un facteur de sécurité locale est proposée prenant en compte la résistance résiduelle du sol. En ce qui concerne le mode de ruine, l'effet de la surpression interstitielle de l'eau est de grande importance, puisqu'un déblai stable en conditions sèches et complètement drainées, devient instable lors de l'analyse couplée à cause de la liquéfaction de la fondation. Enfin, un système digue-fondation est simulé et l'influence de la perméabilité du sol, la profondeur de la couche liquéfiable, ainsi que, les caractéristiques du séisme sur la ruine induite par la liquéfaction du sol est évaluée. Pour ce modèle de digue, le niveau de dommages est fortement lié à la fois à l'apparition de la liquéfaction dans la fondation et la dissipation de la surpression d'eau. Une surface d'effondrement circulaire est générée à l'intérieur de la couche du sol liquéfié et se propage vers la crête dans les deux côtés de la digue. Pourtant, lorsque la couche liquéfiée est située en profondeur, la digue n'est pas affectée par la liquéfaction de la fondation pour ce cas particulier de chargement. Ce travail de recherche se concentre sur une étude de cas de référence pour l'évaluation sismique des ouvrages en terre soumis à un séisme et fournit des méthodes et outils de calculs numériques performants accessibles aux ingénieurs. / The increasing importance of performance-based earthquake engineering analysis points out the necessity to assess quantitatively the risk of liquefaction. In this extreme scenario of soil liquefaction, devastating consequences are observed, e.g. excessive settlements, lateral spreading and slope instability. The present PhD thesis discusses the global dynamic response and interaction of an earth structure-foundation system, so as to determine quantitatively the collapse mechanism due to foundation’s soil liquefaction. As shear band generation is a potential earthquake-induced failure mode in such structures, the FE mesh dependency of results of dynamic analyses is thoroughly investigated and an existing regularization method is evaluated. The open-source FE software developed by EDF R&D, called Code_Aster is used for the numerical simulations, while soil behavior is represented by the ECP constitutive model, developed at CentraleSupélec. Starting from a simplified model of 1D SH wave propagation in a soil column with coupled hydromechanical nonlinear behavior, the effect of seismic hazard and soil’s permeability on liquefaction is assessed. Input ground motion is a key component for soil liquefaction apparition, as long duration of mainshock can lead to important nonlinearity and extended soil liquefaction. Moreover, when a variation of permeability as function of liquefaction state is considered, changes in the dissipation phase of excess pore water pressure and material behavior are observed, which do not follow a single trend. The effect of a regularization method with enhanced kinematics approach, called first gradient of dilation model, on 1D SH wave propagation is studied through an analytical solution. Deficiencies of the use of this regularization method are observed and discussed, e.g. spurious waves apparition in the soil’s seismic response. Next, a 2D embankment-type model is simulated and its dynamic response is evaluated in dry, fully drained and coupled hydromechanical conditions. Two criteria are used to define the onset of the structure’s collapse. The second order work is used to describe the local instability at specific instants of the ground motion, while the estimation of a local safety factor is proposed by calculating soil’s residual strength. Concerning the failure mode, the effect of excess pore water pressure is of great importance, as an otherwise stable structure-foundation system in dry and fully drained conditions becomes unstable during coupled analysis. Finally, a levee- foundation system is simulated and the influence of soil’s permeability, depth of the liquefiable layer, as well as, characteristics of input ground motion on the liquefaction-induced failure is evaluated. For the current levee model, its induced damage level (i.e. settlements and deformations) is strongly related to both liquefaction apparition and dissipation of excess pore water pressure on the foundation. A circular collapse surface is generated inside the liquefied region and extends towards the crest in both sides of the levee. Even so, when the liquefied layer is situated in depth, no effect on the levee response is found. This research work can be considered as a reference case study for seismic assessment of embankment-type structures subjected to earthquake and provides a high-performance computational framework accessible to engineers.

Le procédé de soudage par friction malaxage (FSW) entraîne, d’une manière générale, une importante chute de dureté à travers le joint soudé. Dans le but de concevoir des structures aéronautiques soudées par FSW en fatigue, il est nécessaire de connaître l’impact de cette chute de dureté dans le comportement mécanique global de la soudure. Dans ces travaux, l’alliage d’aluminium à durcissement structural 2198-T8 est considéré. Une chaîne de calcul de durée de vie en fatigue d’une structure soudée par FSW est mise en place. Elle intègre un couplage de calculs et d’expériences grâce auxquels le comportement mécanique de la structure est modélisé. Dans un premier temps, le gradient de comportement mécanique de la soudure est étudié. Des essais mécaniques de traction et cycliques sont réalisés à température ambiante. La méthode de corrélation d’images numériques (DIC) est utilisée dans le but de mesurer les champs de déplacements localement dans et au voisinage du joint soudé. À partir des résultats expérimentaux, les paramètres mécaniques d’un modèle de comportement sont identifiés à partir d’un élément de volume, zone par zone à travers le joint soudé. En parallèle, une quantification des précipités durcissants T1 (Al2CuLi) est menée dans différentes zones du joint soudé à l’aide d’un Microscope Electronique en Transmission (MET). Un lien entre l’évolution de la microstructure à travers la soudure et l’évolution des paramètres mécaniques est recherché. Le modèle de comportement mécanique est utilisé sur des calculs de structure utilisant la méthode des éléments finis pour simuler le joint soudé. En parallèle, des essais de fatigue sont réalisés sur des éprouvettes uniaxiales et cruciformes soumises à des chargements uniaxiaux et multiaxiaux. À l’aide des simulations du gradient de comportement mécanique du joint soudé ainsi que des résultats mesurés en fatigue, les paramètres d’un modèle d’endommagement sont identifiés. Ce modèle est utilisé pour prédire les durées de vie en fatigue et les zones d’amorçages de fissure pour une structure soudée soumise à des chargements multiaxiaux. / The Friction Stir Welding (FSW) process generally induces a critical hardness decrease inside the welded joint. To design aeronautical structure welded by FSW in fatigue, it is then necessary to know the impact of this hardness drop on the constitutive behaviour of the junction. In this study, the hardening structural aluminium alloy 2198-T8 is considered.A fatigue lifetime assessment loop of a welded structure is implemented. It integrates a calculations and experiments coupling which is used to model the structure’s mechanical behaviour. The gradient mechanical behaviour of the weldment is initially studied.Monotonic and cyclic mechanical tests are carried out to room temperature. Digital Image Correlation (DIC) is used to measure local displacement fields around the junction. Based on this experimental data, mechanical parameters for a constitutive model are identified on a volume element, zone by zone across the welded joint. In parallel, a quantification of the T1 (Al2CuLi) strengthening precipitates is realized in different region of the joint with a Transmission Electron Microscope. A connection between the microstructure evolution and the mechanical parameters is researched. The gradient mechanical behaviour of the joint is assessed on a 3D structure by Finite Element Analysis. Furthermore, fatigue tests are carried out on uniaxial and multiaxial loadings welded specimen. Thanks to the mechanical behaviour model and the fatigue lifetime measured, a damage model is used to predict the fatigue lifetime and the crack initiation zone for a welded structure which is subjected to higher multiaxial loads.

Les lois d'endommagement incrémentales présentent de nombreux avantages en terme de modélisation thermomécanique. S'affranchissant de la notion de cycle en fatigue, elles s'appliquent naturellement aux chargements complexes, anisothermes. Des extensions à l'anisotropie du modèle d'endommagement isotrope de Lemaitre sont proposées et identifiées sur le Haynesl88, superalliage à base cobalt utilisé pour la réalisation de chambres de combustion de turbomachines, permettant de déterminer les conditions d'amorçage de fissure par la méthode des éléments finis. Le cas des hautes températures est traité via un couplage viscoplasticité/endommagement dans le cadre de la thermodynamique des matériaux solides. Le seuil d'endommagement en énergie stockée et l'extension du modèle aux conditions unilatérales de refermeture des micro défauts sont présentés. Différents schémas numériques de résolution sont proposés, dans le cas de calculs couplés, ou de post traitements de calculs 3D viscoplastiques sans endommagement. Des applications anisothermes sont simulées: fluage à température variable, chargements biaxiaux, non proportionnels, aléatoires... Les apports de l'anisotropie de l'endommagement et des conditions unilatérales de refermeture des microdéfauts sont étudiés. Enfin, la robustesse du modèle est testée sur un essai original de fatigue thermique structural sur éprouvette multiperforée, reproduisant les sollicitations subies par une pièce réelle. La corrélation entre résultats numériques et expérimentaux en terme de comportement et de durée de vie permet la validation de la méthodologie d'identification et d'utilisation du modèle incrémental, en vue de son industrialisation.