L'endommagement par irradiation mène à la ruine d'un matériaux, il est donc impératif de savoir prévoir son évolution afin de garantir la sécurité des réacteurs nucléaires.Bien que le comportement mécanique sous irradiation ait fait l'objet de nombreuses recherches, les capacités de prédiction actuelles restent limitées.L'agrégation des défauts ponctuels, tels que les lacunes et les auto-interstitiels, provoque du fluage, du gonflement et fragilise le matériau.Les nano-composites multicouches métalliques cristallins sont capables d'évacuer ces défauts ponctuels grâce à leur densité d'interface élevée, et permettent de retarder les phénomènes délétères précédemment cités.Ils ont, de plus, une résistance mécanique élevée.L'objectif de cette thèse est de développer un cadre thermodynamique à l'échelle continue meso et nano-scopique, rendant compte des principaux phénomènes physiques à l'oeuvre dans ces laminés irradiés.Principalement trois points sont abordés: le couplage diffusion-mécanique et le fluage, la nucléation et croissance de cavités sous irradiation, et le comportement mécanique des multicouches.La micro-structure du matériau est ici entièrement modélisée, afin de précisément rendre compte de son influence sur le comportement du matériau.Le fluage par diffusion est traité via une approche originale où le tenseur des vitesses de déformation est directement relié au gradient du flux de lacunes.Un modèle de type Cahn-Hilliard est utilisé afin de prédire la nucléation et la croissance des cavités.Les équations de diffusion y sont complétées pour prendre en compte la production des défauts ponctuels dus à l'irradiation, ainsi que leur recombinaison.Dans les systèmes multicouches, une zone affecté par l'interface est définie, dans laquelle les dislocations peuvent être annihilées.De plus, l'interface elle même est traitée comme un plan de glissement cristallographique.Le modèle est implémenté numériquement via la méthode des éléments finis.Des simulations de fluage couplé à la diffusion de lacunes sont pour la première fois réalisé sur des agrégats polycristallins, prédisant des champs de déformation intra-granulaire fortement hétérogènes.De plus, la vitesse de fluage macroscopique obtenue met en évidence les dépendances classiques à la taille de grain ainsi qu'à la contrainte appliquée.Lors des simulations d'irradiation de multicouches, des zones libres de cavités sont prédites de part et d'autre des interfaces, en accord avec les observations expérimentales.Enfin, des essais de traction sont simulés sur des systèmes Cu-Nb en 3D, mettant en évidence un mode de déformation complexe, et un effet moindre de l'anisotropie élastique. / Radiation damage is known to lead to material failure and thus is of critical importance to lifetime and safety within nuclear reactors.While mechanical behaviour of materials under irradiation has been the subject of numerous studies, the current predictive capabilities of such phenomena appear limited.The clustering of point defects such as vacancies and self interstitial atoms gives rise to creep, void swelling and material embrittlement.Nanoscale metallic multilayer systems have be shown to have the ability to evacuate such point defects, hence delaying the occurrence of critical damage.In addition, they exhibit outstanding mechanical properties.The objective of this work is to develop a thermodynamically consistent continuum framework at the meso and nano-scales, which accounts for the major physical processes encountered in such metallic multilayer systems and is able to predict their microstuctural evolution and behavior under irradiation.Mainly three physical phenomena are addressed in the present work: stress-diffusion coupling and diffusion induced creep, the void nucleation and growth in multilayer systems under irradiation, and the interaction of dislocations with the multilayer interfaces.In this framework, the microstructure is explicitly modeled, in order to account accurately for their effects on the system behavior.The diffusion creep strain rate is related to the gradient of the vacancy flux.A Cahn-Hilliard approach is used to model void nucleation and growth, and the diffusion equations for vacancies and self interstitial atoms are complemented to take into account the production of point defects due to irradiation cascades, the mutual recombination of defects and their evacuation through grain boundaries.In metallic multilayers, an interface affected zone is defined, with an additional slip plane to model the interface shearable character, and where dislocations cores are able to spread.The model is then implemented numerically using the finite elements method.Simulations of biaxial creep of polycrystalline aggregates coupled with vacancy diffusion are performed for the first time, and predict strongly heterogeneous viscoplastic strain fields.The classical macroscopic strain rate dependence on the stress and grain size is also retrieved.Void denuded zones close to the multilayer interfaces are obtained in irradiation simulations of a multilayer, in agreement with experimental observations.Finally, tensile tests of Cu-Nb multilayers are simulated in 3D, where it is shown that the effect of elastic anisotropy is negligible, and evidencing a complex deformation mode.

Le présent travail se situe dans le cadre de l'analyse thermo-mécanique de la solidification par éléments finis des pièces coulées. Il fait suite à de précédentes études ayant donné lieu à l'écriture d'un premier modèle tridimensionnel permettant déjà de simuler le refroidissement d'une pièce de fonderie d'un point de vue thermique dans l'ensemble des composants du système et mécanique dans la pièce. Cependant, au vu des phénomènes macroscopiques intervenant lors de la solidification, il apparait que l'hypothèse préliminaire des moules rigides est mise en défaut notamment dans le cas de pièces massives. Une partie de notre travail a donc consisté en l'implantation d'un couplage entre la pièce et les différents composants du moule permettant ainsi de prendre en compte leurs interactions. Ce couplage est basé sur une gestion du contact par méthode de pénalisation intégrée avec transfert des contraintes par interpolation. Il a été validé par rapport à des résultats expérimentaux et semi analytiques. D'autre part, l'hypothèse de quasi staticité de la partie liquide de la pièce est elle aussi mise en défaut par le phénomène de convection naturelle. Afin de parfaitement capter ce phénomène, l'implantation d'une loi de comportement viscoplastique dans la partie liquide de la pièce a été effectuée amenant a un couplage de loi de comportement au sein de la pièce. Ceci a été possible par une gestion particulière de l'élément fini P1+/P1 adapté aux deux lois, viscoplastique et élasto-viscoplastique. Par ailleurs, les mouvements de matière, mettant à mal la formulation lagrangienne réactualisée, ont été traites par une formulation eulérienne-lagrangienne. Les mouvements du maillage sont ainsi dissociés de ceux de la matière permettant la modélisation des boucles de convection tout en assurant un suivi des mouvements de surface libre. Afin de diminuer les temps de calcul, une gestion du pas de temps basée sur un estimateur à posteriori de l'équation de la chaleur a été mise en place et a permis un gain de temps significatif. Les développements ont été validés sur des cas académiques et industriels, montrant une bonne corrélation qualitative et quantitative.

Afin de rendre les machines synchrones à aimants permanents plus attractives pour l'aéronautique (actionneurs de commande de vol, systèmes de freinage, train d'atterrissage ...), il peut être intéressant de réduire le nombre de modules d'électronique de puissance utilisés en les mutualisant. De nombreuses études ont été réalisées pour des systèmes composés de plusieurs machines asynchrones et principalement en traction ferroviaire, mais peu concernent les machines synchrones. Après avoir étudié différentes structures envisageables, les travaux développés lors de cette thèse présentent une étude originale d'un système composé de deux machines synchrones à aimants permanents connectées en parallèle sur un onduleur unique mutualisé. Ces machines ont des caractéristiques identiques ou proches et doivent être pilotées à la même vitesse. La structure de commande retenue lors de cette thèse est de type maître-esclave: seule une des deux machines est autopilotée (la machine maître), l'autre (la machine esclave) fonctionnant en boucle ouverte. Afin d'assurer la stabilité d'un tel système, le synchronisme des deux moteurs doit toujours être respecté. Une stratégie de commande, qui choisit quel est le moteur maître, en prenant en compte la variation des paramètres internes et externes du système, est alors instaurée. Dans ces conditions, les évolutions théoriques des différentes variables sont déterminées. Pour valider ces résultats, un processus expérimental est mis en place. Les nombreux résultats obtenus en simulation et expérimentalement permettent alors de confirmer les résultats théoriques: que ce soient les paramètres mécaniques ou électriques qui varient, la stabilité du système est toujours garantie. Le cas supplémentaire où les deux machines déplacent une charge mécanique commune avec une liaison mécanique rigide entre les deux machines, est finalement développé. Une autre stratégie de commande, dont la structure et les résultats sont également présentés dans cette thèse, est alors nécessaire.

De récentes études expérimentales sur des situations d'atterrissage d'hélicoptères à grande vitesse dit dur (vitesse supérieure à 2 m/s), ont révélé que de par l'effort structural transmis par les trains d'atterrissage couplés mécaniquement au fuselage, la poutre de queue d'un appareil dont le premier mode de flexion se situe dans les basses fréquences pouvait être excitée. Les oscillations de celle-ci génèrent des contraintes mécaniques au niveau de la liaison entre la cabine et la poutre de queue qui portent atteinte à la pérennité de la structure. Afin de lutter contre ce phénomène problématique, une solution passive consiste à rigidifier la liaison entre la cabine et la poutre de queue. Coûteuse en masse et interférente avec le bon fonctionnement des dispositifs anti-vibratoires dimensionnés en fonction des fréquences propres initiales de l'appareil, celle-ci peut être évitée par une optimisation de l'effort transmis par les trains d'atterrissage en agissant sur le comportement dynamique de ceux-ci. Fort de ce constat, les travaux de recherche présentés dans ce mémoire, concernent l'étude et le développement de méthodes d'optimisation passive et active des trains d'atterrissage en vue de minimiser les efforts supportés par la poutre de queue et induits par l'impact de l'appareil sur le sol. Basé sur une constante synergie entre les aspects théoriques et les aspects expérimentaux appuyés par le développement d'un démonstrateur, cette étude formalise tout d'abord la problématique lié aux atterrissages des aéronefs et se propose d'analyser la physique du phénomène des atterrissages via des outils de modélisation utilisant des approches analytique et multi-corps. Ensuite après une analyse et une identification des paramètres d'optimisation de la dynamique des trains d'atterrissage, des méthodes d'optimisation passive et semi-active sont développées et validées expérimentalement sur un démonstrateur mécaniquement équivalent à l'hélicoptère considéré pour cette étude.

La mise en œuvre des matériaux composites, fait souvent appel à des procédés d’usinage conventionnel, comme l’opération de perçage utilisée lors de l’assemblage de structures par rivetage. Ces opérations peuvent générer dans la pièce usinée différents types d’endommagement: arrachement des fibres, rupture de la matrice, délaminage intralaminaire et interlaminaire, dégradation thermique de la matrice, ce qui peut provoquer une baisse des performances mécaniques de la structure. L’objectif de la thèse est de mettre en place un modèle numérique scientifiquement rigoureux pour analyser l’usinage des composites CFRP et prédire les mécanismes d’endommagement induits par l’outil coupant. Ce modèle basé sur une loi constitutive mésomécanique combine l’effet de la chute de rigidité dans le comportement du matériau, la plasticité, l’initiation et l’évolution de l’endommagement durant le processus d’usinage. Ensuite, deux modèles 2D et 3D adoptant un schéma explicite ont été implémentés via la sub-routine VUMAT dans Abaqus. Le délaminage interplis a été pris en considération à l’aide des éléments cohésifs disponibles dans le code ABAQUS/Explicit. Ce travail a permis de reproduire de manière réaliste les opérations de coupe orthogonale et de perçage des composites CFRP en termes de processus de formation du copeau, la prédiction des forces de coupe et celle de l’endommagement induit. Ces études ont montré que l’orientation des fibres et la profondeur de coupe sont les paramètres les plus influents en coupe orthogonale tandis que pour le perçage se sont les vitesses d’avance et la géométrie des outils / The machining of composite materials is often necessary for material removal operations by cutting tools such as drilling. These operations can generate a lot of damage in the machined workpiece (fiber fracture, matrix craking, intralaminar and interlaminar delamination and thermal degradation of the matrix), which can cause a decrease of mechanical performance of the structure. The PhD thesis objective is to set up a reliable accurate model to analyze the machining of CFRP composites and to predict the different damage modes induced by the cutting tool. This model is based on a mesomechanical constitutive law combining the stiffness degradation concept into the material behavior, the plasticity, the initiation and the evolution of the damage during the machining process. Two 2D and 3D models adopting an explicit scheme were implemented in Abaqus/Explicit analysis code through the user subroutine VUMAT. Furthermore, interlaminar delamination is taken into account using the cohesive elements available in the ABAQUS / Explicit code. This work allowed to realistic numerical simulation of orthogonal cutting and drilling operations of CFRP composites in terms of chip formation process, cutting forces prediction and induced damage. These studies have shown that the fiber orientation and the depth of cut were the most influential parameters in orthogonal cutting while for the drilling process, the feed rate and the tool geometry are the most important parameters

L'alliage 718 est le superalliage le plus utilisé industriellement du fait de ses excellentes propriétés mécaniques, ainsi que de sa tenue à l'oxydation et à la corrosion dans une large gamme de températures et de modes de sollicitation. Néanmoins, cet alliage présente une sensibilité vis-àvis des phénomènes de corrosion sous contrainte et fissuration assistée par l'oxydation sous contrainte dans les gammes de température de service. Les mécanismes à l'origine de ce phénomène restent encore mal compris, cependant un lien entre le changement de mode de rupture et les domaines d'apparition d'instabilités de l'écoulement plastique est clairement établi. Au cours de cette étude nous avons étudié ce phénomène d'instabilités, effet Portevin Le Chatelier, de l'alliage 718 au cours d'essais de traction menés dans une large gamme de températures et de vitesses de déformation. Différents domaines d'instabilités ont pu être mis en évidence, dont les caractéristiques suggèrent l'interaction des dislocations avec des solutés de différentes natures : interstitiels aux plus basses températures, et substitutionnels pour les températures les plus élevées. Des essais de spectroscopie mécanique sur l'alliage 718 et des alliages de compositions voisines montrent un effet de la mobilité des atomes de molybdène au sein du matériau dans cette gamme de températures. Des essais dédiés à l'étude des phénomènes d'interaction entre plasticité et oxydation ont aussi été réalisés. Les résultats mettent en évidence un fort effet de vitesse sur les propriétés mécaniques de l'alliage 718 en atmosphère inerte et sur les caractéristiques de l'endommagement intergranulaire assisté par l'oxydation lors d'essais sous air laboratoire. La discussion engendrée par l'ensemble des résultats présentés permet d'émettre certaines hypothèses sur les couplages entre mécanismes de déformation et endommagement par l'oxydation à l'origine des phénomènes de fissuration observés. / Alloy 718 is the superalloy the most widely used in industry due to its excellent mechanical properties, as well as oxidation and corrosion resistance in wide range of temperatures and solicitation modes. Nevertheless, it is a well-known fact that this alloy is sensitive to stress corrosion cracking and oxidation assisted cracking under loading in the range of temperatures met in service. Mechanisms explaining this phenomenon are not well understood: nevertheless, it is well established that a relation exists between a change in fracture mode and the apparition of plastic instabilities phenomenon. During this study, the instability phenomenon, Portevin-Le Chatelier effect, in alloy 718 was studied by tensile tests in wide ranges of temperatures and strain rates. Different domains of plastic instabilities have been evidenced. Their characteristics suggest the existence of interactions between dislocations and different types of solute elements: interstitials for lower temperatures and substitutionals for higher testing temperatures. Mechanical spectroscopy tests have been performed on alloy 718 and various alloys which composition is comparable to that of alloy 718. These tests prove the mobility of molybdenum atoms in the alloy in the studied temperature range. Specific tests have been performed to study interaction phenomenon between plasticity and oxidation. These results highlight the strong effect of plastic strain rate on both mechanical behavior and intergranular cracking in alloy 718. The subsequent discussion leads to propose hypothesis on coupling effects between deformation mechanisms and oxidation assisted embrittlement in the observed cracking processes.