Le verre est un matériau unique inerte pouvant être recyclé infiniment sans pour autant changer des caractéristiques physico-chimiques. Toutefois, pour une raison ou une autre, de grandes quantités de verre ne sont pas recyclées et sont, par conséquent, entreposées dans les déchetteries. Son recyclage alternatif est devenu depuis longtemps un problème environnemental majeur. En outre, le verre étant un matériau potentiellement utile pour le développement des bétons écologiques, sa valorisation en ce sens semble prometteuse. Dans cette recherche, la caractérisation du fluage du béton incorporant le résidu de verre sous forme de poudre (poudre de verre, PV) en tant qu'ajout cimentaire (bétons à PV) a été effectuée par des essais aux échelles macro- et nanométrique. En premier lieu, la thèse présente les résultats de la campagne expérimentale visant à déterminer le comportement mécanique sous charge du béton à PV (seule ou en synergie avec des ajouts cimentaires classiques). Différents types de déformation ont été éxaminés, d'abord sous charge puis après déchargement : déformation quasi-instantanée, déformation mécanique totale due au maintient [i.e. maintien] durant 1 année d'une charge en compression uniaxiale, fluage total, fluage de base, recouvrance quasi-instantanée, recouvrance totale. Le retrait dans les conditions de séchage et celui endogène ont été également étudiés. Après 1 an de fluage en compression, les effets de la charge constante et du séchage sur la résistance résiduelle ont aussi été examinés. Une comparaison a été faite concernant l'état final de la porosité. Ensuite, la thèse dévoile les résultats des essais menés sur les pâtes en descendant vers leur composition et les propriétés des phases formées, notamment des silicates de calcium hydratés (des C-S-H). Tout cela, afin de conclure sur le caractère inoffensif de l'utilisation de la PV vis-à-vis du fluage.

Une assemblée d'objets solides de taille typique d'une fraction de millimètre n'est pas sensible à l'agitation thermique. En effet, ces éléments sont trop massifs pour être mis en mouvement par le chaos moléculaire. Cependant, un tel empilement est susceptible de se réorganiser sous la seule influence des variations de température ambiante. Ces dernières induisent des changements de longueur certes relativement petits (coefficient de dilatation typique de l'orde de 10-5 K-1) mais, compte tenu de la rigidité de ces matériaux (module d'Young de l'ordre de 1011Pa), les déformations associées sont suffisantes pour créer des efforts capables de déplacer des grains de manière irréversible. Nous étudions expérimentalement la compaction d'une colonne de billes de verre soumise à des cycles de température. Imposer les variations de température par un fil tendu placé au centre de la colonne et alimenté par un courant sinusoïdal de fréquence assez haute permet de minimiser les effets de la dilatation du récipient. La dynamique du système est étudiée en fonction des caractéristiques du chauffage et des conditions mécaniques. Par ailleurs, d'un point de vue théorique, nous nous intéressons aux effets des variations de température sur un système discret modèle, des patins liés par des ressorts en contact frictionnel avec un plan incliné. Nous étudions l'influence de l'angle d'inclinaison et des caractéristiques des variations de température sur la reptation du système. Nous observons que proche d'une amplitude critique, entre mouvement et arrêt du système, ce dernier exhibe une dynamique intermittente.

La prédiction des déformations différées est d'une très grande importance pour l'étude de la durabilité des structures en béton. En effet, elles peuvent être à l'origine de la fissuration, de pertes de précontrainte, d'une redistribution des contraintes et même, plus rarement, de la ruine de l'ouvrage. L'objectif de cette étude est de mieux comprendre l'interaction entre les déformations de fluage et l'évolution de la fissuration dans le béton. Une investigation expérimentale sur l'évolution des propriétés de rupture de poutres en béton soumises à des hauts niveaux de fluage en flexion a été menée. L'influence du fluage sur la résistance résiduelle et l'énergie de fissuration du béton a été étudiée. En parallèle, la technique d'émission acoustique (EA) a été exploitée afin de suivre l'évolution de l'endommagement. Les résultats montrent une diminution de la zone de microfissuration caractérisant un comportement à la rupture plus fragile pour les poutres ayant subi le fluage. L'EA indique que ceci peut être dû au développement des micro-fissures observées pendant le fluage. L'ensemble de ces résultats conduit à proposer une approche de modélisation à l'échelle mésoscopique couplant un modèle d'endommagement basé sur la théorie des microplans et un modèle de fluage viscoélastique de type Kelvin-Voigt afin de mieux comprendre le processus de fissuration sous fluage. Les calculs du fluage d'échantillons de béton en traction directe et de poutres en flexion trois points ont confirmé la formation de micro-fissures pendant le fluage aux interfaces entre le mortier et les granulats.

Les aciers inoxydables martensitiques au chrome sont développés depuis les années 70 avec pour objectif aujourd'hui de les utiliser comme matériau de structure dans les centrales thermiques (Circuits de refroidissement, turbine) et nucléaires (Cuve du réacteur...). L'acier de l'étude i.e. l'acier 9Cr1Mo-NbV est déjà utilisé dans des centrales thermiques principalement en Angleterre et au Japon. Compte tenu de l'importance des composants, l'assemblage par soudage est une technique largement utilisée. Un intérêt tout particulier est porté dans cette étude à l'évaluation de la durée de vie des composants soudés en acier 9Cr1Mo-NbV après la constatation de plusieurs ruptures en service prématurées au niveau des soudures. L'étude réalisée avait donc pour objectif d'identifier expérimentalement et de modéliser le comportement, l'endommagement et la rupture en fluage haute température (typiquement dans le domaine de température 450°C - 650°C) de composants soudés en acier 9Cr1Mo-NbV. Pour cette étude, le métal de base a d'abord été étudié comme matériau de référence. Il est notamment démontré que les résultats expérimentaux à 1000 heures ne peuvent pas être utilisés, comme il est usuel de le faire, pour prédire la durée de vie en fluage à 100000 heures. La raison de cette impossibilité est l'existence d'un changement de mécanisme de comportement et d'endommagement aux temps longs. Pour représenter ce changement de mécanisme, un modèle de fluage couplant comportement et endommagement et intégrant plusieurs mécanismes de déformation a été développé suivant les développements de la mécanique des milieux poreux initiés par Gurson. Le modèle a été identifié sur la base de résultats expérimentaux sur diverses géométries d'éprouvettes permettant notamment de prendre en compte les effets de la triaxialité sur le développement de l'endommagement. L'étude a par ailleurs mis en évidence une bonne capacité du modèle à prédire les lieux de rupture ainsi que l'amorçage et la propagation stable de fissure. L'attention a ensuite été portée à la tenue en fluage des composants soudés qui présentent une résistance au fluage très inférieure à celle du métal de base due à la faiblesse de la zone affectée thermiquement (ZAT). Pour ce faire, deux niveaux d'investigation ont du être explorés. D'une part, le soudage induit des modifications métallurgiques et donc des modifications locales des propriétés mécaniques du métal de base: c'est un effet matériau. D'autre part, les différences de propriétés mécaniques rendent complexes l'état de chargement de l'assemblage soudé: c'est un effet de structure. L'effet matériau a été étudié en identifiant la ZAT faible des composants soudés, en la reproduisant sur échantillons massifs, puis en testant des éprouvettes de fluage usinées dans ces mêmes échantillons massifs. Il a été ainsi possible d'utiliser le modèle multi-mécanismes développé pour l'étude sur métal de base afin de modéliser le comportement et l'endommagement de fluage haute température de la ZAT faible dans toute la gamme de contrainte. Finalement, des calculs éléments finis multi-matériaux ont été réalisés en considérant le composant soudé comme l'assemblage de trois microstructures: le métal d'apport, le métal de base et la ZAT faible dont les équations constitutives respectives ont été intégrées aux calculs. Il a ainsi été possible d'identifier les effets de type structure mais surtout de prédire la durée de vie des composants soudés en acier 9Cr1Mo-NbV y compris pour des composants industriels.

Les systèmes amorphes "mous", loin de leur transition vitreuse, comprennent les verres colloïdaux de hautefraction volumique, les émulsions concentrées, les mousses, etc...L’échelle de temps pour leur relaxationmicroscopique est divergente, et ils ne se mettent en écoulement que lorsque la contraint appliquée estsuffisamment grande. Cette transition dynamique d’un état apparemment solide à un état apparemmentliquide, suivant la contrainte imposée, est appelé transition d’écoulement. Cette transition est étudiéedans cette thèse par l’intermédiaire d’une modélisation mésoscopique, basé sur un modèle d’élémentsélasto-plastiques en interaction.Après une brève introduction à la transition vitreuse et aux systèmes réels supposés être décrit parle modèle élast-plastique, une formulation du modèle différente de celle qui est habituellement présentéedans la littérature est introduite, pour à la fois incorporer les protocole à taux de cisaillement fixé et leprotocole à contraint fixée. A travers des approximations, un modèle mésoscopique de type champ-moyen(à l’origine décrit par Hébraud et Lequeux) est déduit à partir du modèle elasto-plastique qui contient lesinformations spatiales.En appliquant le protocole à taux de cisaillement fixé, le transition d’écoulement est dans un premiertemps étudiée à travers la dépendance de la statistique des avalanches (chutes de contrainte) en taux decisaillement. Une transition d’un comportement de champ moyen à un comportement corrélé est observéen variant le taux de cisaillement. Les lois d’échelle observées dans la limite des petits taux de cisaillementsupportent l’idée que la transition d’écoulement appartient à une certaine classe d’universalité de transitiondynamique. L’étude de la symétrie de la forme moyenne des chutes de contrainte en fonction de leur durée,de la taille de système et du taux de cisaillement appliqué, conduit à l’interprétation que les chutes decontrainte résultent d’une superposition d’avalanches individuelles possédant une longueur coopérative etun temps coopératif.En étudiant les fluctuations de contrainte macroscopique, la longueur coopérative l_c est identifiéepar un crossover en taille de système en-dessous de laquelle le loi d’échelle avec la taille de système1/L^d impliquée par la théorème de limite centrale, ne fonctionne plus. En complément, une échelle detemps de saturation T_c est trouvé dans le séries temporaire de taux de cisaillement plastique, tempsen-dessous duquel la dynamique de la contrainte peut être décrite par un mouvement Brownien. Le tempsde saturation, pour les systèmes de taille plus petit que l_c obéit à une loi d’échelle avec la taille de systèmeT_c~(l_c)^z. Cette dernière peut être interprétée comme la loi d’échelle entre la longueur coopérative et letemps coopératif des avalanches individuelles.En appliquant le protocole de contrainte imposée, la transition d’écoulement est étudiée en simulantdes expériences de fluage sur les systèmes amorphes. Les modèles mésoscopiques (le modèle elasto-plastiqueet le modèle champ moyen de Hébraud-Lequeux) sont capables de reproduire la réponse du taux decisaillement macroscopique pour une contrainte imposée légèrement au-dessus de la contrainte, et ceciqualitativement en accord avec les expériences. A travers cette étude, il apparaît que le condition initialeinfluence significativement le comportement de fluage des systèmes amorphes. / Amorphous systems deep blow the glass transition, as well as colloidal glasses at high packing fractions,concentrated emulsions, foam systems, etc. exhibit divergent microscopic relaxation time scales and flowonly upon a large enough external loading. This dynamical phase transition of amorphous systems fromthe apparent solid state to the apparent liquid state mediated by the external loading, is called theyielding transition. This transition is studied throughout this thesis by a mesoscopic modeling approach,specifically versions of the so-called elasto-plastic model.After introducing a general background of the glass transition and experimental systems, that are thetarget of the elasto-plastic model description, a formulation of the elasto-plastic model, slightly differentfrom the conventional ones used in the literature, is introduced for incorporating both the shear ratecontrol and the stress control protocols. It is also shown that the mean-field Hebraud-Lequeux model canbe derived from the spatially resolved elasto-plastic model by assuming some approximations.Using the shear rate control protocol, the yielding transition is firstly probed by studying the shearrate dependence of the avalanche statistics close to criticality. A crossover from a non mean-field behaviorto an apparent mean-field behavior with respect to an increasing shear rate is evidenced. Scaling laws in thezero shear rate limit, support the idea that the yielding transition belongs to a non mean-field universalityclass of a dynamical phase transition. The dependence of the symmetry of the average shape of the stressdrops on the stress drop duration, the system size and the shear rate, leads to the interpretation that stressdrops at finite shear rates result from the superposition of individual avalanches possessing a cooperativelength and time scale.By studying the macroscopic stress fluctuation, the cooperative length scale l_c is identified as thecrossover size below which the scaling relation with the system size 1/L^d implied by the central limittheorem breaks down. Further a saturation time scale T_c can be defined in the analysis of the timeseries of macroscopic plastic strain rate. Below this time scale one observes the manifestation of Browniandynamics. The saturation time for systems of sizes smaller than the cooperative length l_c scales withthe system size as a power law T_c~(l_c)^z, which can be interpreted as the scaling relation between thecooperative time and the cooperative length of individual avalanches.Further using the stress controlled protocol, the yielding transition is studied by simulating typical creep experiments of the amorphous systems. The mesoscopic models (the elasto-plastic model aswell as the mean-field Hébraud-Lequeux model) are shown to be capable to reproduce the response ofthe macroscopic shear rate to an imposed stress slightly above the yielding point in qualitatively goodagreement with several experiments. Within the mesoscopic modeling approach, the results reveal thatthe creep behavior depends strongly on the initial condition of the amorphous system submitted to creepexperiments.

L'existence de glissements lents a été observé pour la première fois en Californie, sur une portion de la faille de San Andreas (Steinbrugge et al., 1960,Tocher 1960). Ils ont ensuite été détéctés dans les années 90s avec l'avènement des GPS. Les interactions entre glissement lents, ou glissements asismiques (qui n'émettent pas d'ondes élastiques) et les glissements sismiques est cependant mal connue.Pourtant, cette question est fondamentale puisque des glissements lents ont été observés avant plusieurs séismes.Par exemple, l’installation d’un glissement lent avant le séisme d’Izmit de 1999 en Turquie a été mise en évidence grâce à l’analyse de signaux répétitifs (Bouchon et al., 2011). De même, en étudiant le comportement des séismes répétitifs avant le méga-séisme de Tohoku de 2011, deux séquences de glissement lent en direction du point d’initiation ont été observées (Kato et al., 2012). D’autres glissements lents précédents des séismes de grandes ampleurs ont été reportés, notamment au Mexique, avant le séisme de Papanoa (Radiguet et al., 2016) de magnitude 7.3 et au Chili, avant le séisme d’Iquique de 2014 de magnitude 8.2 (Ruiz et al., 2014).L'objectif de ce travail de thèse est de mieux caractériser les interactions qui existent entre glissements sismiques et asismiques dans une zone de subduction très largement instrumentée: le Japon.La très grande densité des réseaux Japonais (sismique courte et longue période, GPS) autorise des seuils de détection des glissements sismiques ou lents très bas, et permet d'utiliser des méthodes de réseaux afin de maximiser le rapport signal sur bruit. La recherche d'épisodes de déformation lente est basée sur plusieurs types d'observables et de méthodes, et est complétée par l'analyse des changements de taux de sismicité accompagnant ces épisodes. Cette thèse vise ainsi à mieux comprendre comment du glissement lent peut -ou non- accélérer l'occurrence de grands séismes, et les conditions requises pour se faire. / Transient aseismic slip events (that do not emit elastic waves) were first discovered on the San Andreas fault in central California in 1960 (Steinbrugge et al., 1960, Tocher 1960) and were later confirmed by the development and installation of GPS stations. Aseismic slip can occur on continental faults as well as on subduction zones. However, the interactions between aseismic and seismic slips are not fully captured yet. Understanding the mechanisms at stake on fault planes is fundamental since several large earthquakes were preceded by aseismic slip episodes.For example, the setting of a slow slip event before the 1999 Izmit earthquake in Turkey was evidenced by the observation of repeating signals at one station (Bouchon et al., 2011). Also, by studying repeating earthquakes before the 2011 Tohoku earthquake, two slow slip episodes that migrated towards the rupture intitiation were observed (Kato et al., 2012). Other transient slips preceding large earthquakes occurred, including in Mexico, before the M7.3 Papanoa earthquake (Radiguet et al., 2016) and in Chile, before the 2014 Iquique earthquake (Ruiz et al., 2014).The aim of this thesis is to better characterize the interactions between seismic and aseismic slip that can occur in a subduction zone largely instrumented: Japan.The very high density of the japanese monitoring networks(seismic networks, both at short and long periods, and GPS network), allows the detection ofseismic and aseismic slip events with low intensity / size, and is amenable to the use of arraymethods to improve the signal-to-noise ratio. The search for episodes of transient deformation will be based on several observables andtechniques, and is complemented by the analysis of the changes in earthquake rates concomittent to these episodes. This work thus gives new clues on how aseismic deformation can -or not- accelerate the occurrence of strong earthquakes, and on what are the conditions (tectonic, dynamic) for this to happen.

Pour les structures de génie civil avec un rôle d'étanchéité lors d'un accident grave, la perméabilité structurelle est une question clé. Dans ce contexte, cette thèse porte sur la modélisation numérique du taux de fuite à travers une structure en béton fissurée. Deux approches hydromécaniques dans un cadre continu sont proposés, une entièrement continu et une autre qui nécessite une analyse semi-discrète. L'approche semi-discrète est basée sur une méthode permettant de trouver le chemin de la fissure. Une fois le chemin de la fissure est trouvé, l’ouverture de fissure peut être calculée le long de la surface de la fissure discrétisé par équivalence d’une discontinuité forte. La dernière étape consiste à prescrire la loi de Poiseuille modifié le long de la surface de la fissure pour estimer le taux de fuite tout en imposant un gradient de pression. L'approche entièrement continue peut être appliquée directement dans le sens où aucun suivi de la fissure n’est nécessaire. C’est une combinaison de la perméabilité des endommagements diffus et de la perméabilité de Poiseuille modifiée. Ici, la déformation principale positive est choisie pour conduire la perméabilité de Poiseuille modifiée. Les deux approches proposées sont validées sur une campagne expérimentale de disque béton sec chargé dans un essai de fendage où la perméabilité aux gaz est réalisée. La validation est effectuée sur le taux de fuite dans la direction longitudinale. Les résultats obtenus avec les approches proposées par rapport aux données expérimentales montrent une bonne estimation de la conductivité hydraulique. En outre, l'approche continue est appliquée pour estimer le taux de fuite à travers un élément en béton armé soumis à une charge de traction où la multi-fissuration en mode I se produit (essai tirant). La comparaison avec l'expérience est effectuée sur le taux de fuite dans la direction perpendiculaire à la charge appliquée. Celui-ci montre un bon accord entre les débits estimé et mesuré si le même nombre de fissures est obtenu par le modèle mécanique.Cette thèse porte aussi sur l'effet des chargements thermomécaniques et de fluage sur la conductivité hydraulique du béton. Un système de perméabilité est développé et construit au cours de cette thèse sur la base du programme expérimental. Une campagne expérimentale est effectuée pour étudier l'effet couplé du fluage thermique et / ou mécanique sur la perméabilité à l’air sec du béton. Les propriétés de transfert dans les directions longitudinale et radiale par rapport à l'axe de charge sont étudiées. L’anisotropie de la perméabilité induite par la charge appliquée est analysée. En outre, la détermination de la perméabilité structurelle le long de l'interface acier-béton à différentes charges de cisaillement est encore une question ouverte. Un programme expérimental est réalisé qui porte sur le comportement mécanique du béton armé soumis à un essai de type push-in, ainsi que sur l’analyse de la perméabilité le long de l'interface acier-béton à des niveaux de charge différents. Une première tentative pour simuler le test en utilisant l'approche continue proposée est effectuée.Cette thèse a été l’occasion de réaliser une nouvelle campagne expérimentale, de produire de résultats originaux, d’effectuer de la modélisation numérique et de confronter les 2 approches proposées pour valider les modèles afin de les appliquer à l’échelle structurelle. / For civil engineering structures with a tightness role during a severe accident, structural permeability is a key issue. In this context, this PhD deals with the numerical modelling of leakage rate through a cracked concrete structure. Two hydro-mechanical models in a continuous framework are proposed, a fully continuous one and another one that requires a semi-discrete analysis. The semi-discrete approach is based on a crack tracking method allowing to find the crack path. Once the crack path is found, the Crack Opening Displacement (COD) can be computed along the discretized crack surface by equivalence with strong discontinuity approach. The final step is to prescribe a modified Poiseuille’s law along the crack surface to estimate the leakage rate while imposing a pressure gradient. The fully continuous approach can be directly applied in a sense that no crack tracking is needed. It is a combination of permeability of diffuse damage and modified Poiseuille’s permeability. Herein, the positive principal strain is chosen to drive the modified Poiseuille’s permeability. The two proposed approaches are validated on an experimental campaign of dry concrete disk loaded in a splitting setup where gas permeability is performed. The validation is performed on the flow rate in the longitudinal direction. The results obtained with the proposed approaches compared to experimental data show a good estimation of the hydraulic conductivity. Furthermore, the fully continuous approach is applied to estimate the flow rate through a reinforced concrete element subjected to tensile loading where multi-cracking in Mode I occurs (tie-beam test). The comparison with the experiment is performed on the flow rate in the perpendicular direction to the applied loading. The latter shows a good agreement between the estimated flow rate and the measured one if the same number of cracks is obtained.This PhD deals as well with the effect of the delayed thermo-mechanical loadings on the hydraulic conductivity of concrete. A permeability system is developed and constructed during this PhD based on the experimental program. An experimental campaign is carried out to study the effect of thermal and/or mechanical creep on dry gas permeability of concrete. Permeabilities in longitudinal and radial directions with respect to load axis are addressed. The loading induced anisotropic permeability is analyzed. Furthermore, the determination of the structural permeability along the steel-concrete interface at different shear loadings is still an open issue. An experimental program is carried out which deals with the mechanical behavior of reinforced concrete subjected to a push-in test, as well as with a permeability analysis along the steel-concrete interface at different load levels. A first attempt to simulate the test using the proposed continuous approach is performed.This thesis was the occasion to conduct a new experimental campaign, to produce original results, to perform numerical modeling and to compare two proposed approaches to validate the models in order to apply them at the structural scale.

Le "Spark Plasma Sintering" est un procédé innovant qui permet de densifier, assembler, forger... tous types de matériaux avec des cinétiques très rapides. Cependant, il nécessite des améliorations pour le contrôle des températures, l'homogénéité microstructurale pour des pièces de formes complexes... et de productivité industrielle. Pour résoudre ces problèmes, un modèle électro-thermo-mécanique-microstructural est identifié : i) pour la partie Thermo-Electrique une instrumentation fine a permis par une approche inverse d'évaluer les résistances de contacts, ii) par essais in-situ de fluage et de compression pour la partie mécanique-microstructurale. Il a permis de trouver des solutions pertinentes pour élaborer des pièces - de microstructure homogène - simultanément en grand nombre (modification du passage du courant électrique) - de formes complexes (intervention de pièces sacrificielles). / The "Spark Plasma Sintering" process allows very high consolidation kinetics (densification, assembly, forging) of materials (powder, porous, nanostructured). However, some difficulties remains on this innovative process, particularly in terms of temperature control, microstructural homogeneity especially for complex shapes ... and industrial productivity. To solve these problems, an electro-thermo-mechanical-microstructural model is identified: i) using a thin instrumentation of the machine for the Thermo-Electric part including a reverse approach to evaluate the contact resistances, ii) by in situ creep and compression tests for mechanical microstructural-part. The resulting model has helped to find solutions for microstructural homogenization of the parts, for simultaneously densify of large numbers of parts (modifying the flow of electric current) and/or complex shapes (intervention sacrificial parts).

Il s'agit dans ce travail de développer une démarche multiéchelles, afin d'identifier puis de modéliser le comportement mécanique d'un matériau à gradient de propriétés (un cordon de soudure) en relation avec les hétérogénéités microstructurales responsables de la déformation et de l'endommagement par fluage des aciers P91, matériaux retenus pour des applications de tenue mécanique à chaud des centrales thermiques à flamme. Cette étude porte sur l'utilisation des techniques de mesure de champs cinématiques par corrélation d'images couplées aux simulations numériques par éléments finis. Les différentes zones d'intérêt sont : le métal de base, l'ICHAZ (intercritical heat affected zone), la FGHAZ (fine grain heat affected zone), la CGHAZ (coarse grain heat affected zone) et le métal fondu. L'identification a porté dans un premier temps sur le comportement en traction et traction–relaxation à l'ambiante et à 625°C. Cette phase a permis d'établir une loi de comportement pour chacune des zones du joint soudé et de prédire la zone de localisation de déformation pour une gamme assez large de vitesse de sollicitation.Une attention particulière a ensuite été portée aux essais de fluage, pour lequel le glissement intergranulaire joue un rôle essentiel dans le comportement du cordon de soudure et notamment dans l'ICHAZ. Afin de mettre en évidence le glissement intergranulaire, une technique de microlithographie a été adoptée. L'effet de ce mécanisme sur le comportement macroscopique et à l'échelle locale a été étudié au moyen de simulations numériques par éléments finis avec introduction de zones cohésives. Pour cela une loi cohésive a été élaborée et validée sur une configuration simplifiée à quatre grains. Ce modèle permet également de rendre compte de la transition fluage dislocation – fluage diffusion en retardant le déclenchement du glissement aux joints de grains quand la vitesse de sollicitation augmente.Cette étude est financée par la Chaire EDF-GDF-SUEZ-GRT gaz - ENSMP –ENPC sur la «durabilité des matériaux et des structures pour l'énergie ». / The goal of this study is to develop a micromechanical approach, to identify and model the elementary mechanisms in connection with the microstructural heterogeneities accountable for the deformation and for the creep damage of P91 steels, material used for applications at high temperature in thermal power plants. This study deals with the use of kinematic full-fields measurements by digital image correlation coupled with finite element numerical simulations for the identification of constitutive equation parameters of materials presenting a strongly heterogeneous microstructure, leading to gradients of mechanical properties. The welded joint in P91 presents various microstructures along the joint: base metal, ICHAZ (intercritical heat affected zone), FGHAZ (fine grain heat affected zone), CGHAZ (coarse grain heat affected zone) and weld metal, which will be characterized by uniaxial tensile tests and tensile-relaxation tests performed at room temperature and at 625°C. These experimental tests enable to establish a constitutive law for each part of the welded joint and for a wide range of strain rate.A particular attention has then been focused on the behaviour at high temperature (creep) for which the intergranular glide plays an essential role, in particular within the ICHAZ. To characterize the grain boundary gliding mechanisms, a technique of microlithography is used. This mechanism is modelled with cohesive zones. A cohesive constitutive equation has been proposed and validated with a simplified four grain configuration. This model is able to take into account the dislocation creep – diffusion creep transition by delaying the beginning of the grain boundaries sliding when the strain rate increases.This study is granted by the EDF-GDF-SUEZ-GRT gas – Mines ParisTech – Ecole des Ponts ParisTech chair on the "durability of materials and structures for the energy ".

La tendance actuelle vers l’encapsulation d’un assemblage comportant plusieurs puces favorise l’incorporation d’un procédé de réusinage compatible avec l’enlèvement et le remplacement d’une puce défectueuse. La vérification électrique est un procédé inhérent au réusinage qui identifie facilement les puces défectueuses sans en compromettre leur intégrité. Malheureusement, l’aspect qui optimise l’intégrité mécanique et électrique des dispositifs, soit l’encapsulant (underfill), rend les étapes subséquentes d’enlèvement des puces extrêmement difficile. Il devient alors souhaitable d’évaluer le comportement de certaines puces sans underfill qui sont sujettes aux conditions de vérifications électriques souhaitées afin de déterminer s’il existe une zone de test favorable à la qualité et la fiabilité du produit. Ceci est d’autant plus vrai en considérant le peu de données publiées concernant un chargement en compression qu’une puce sans underfill et sans capot peut supporter. Ce projet de recherche présente une étude du comportement des puces renversées sans capot, utilisant un alliage SAC, qui est sans plomb, pour les interconnexions, face à une charge compressive appliquée directement. Les puces sont assemblées sur un substrat organique sans underfill dans une configuration à plusieurs puces. Pour différentes tailles de puces, une série de compressions ont été observées afin de couvrir une vaste étendue de forces potentiellement utilisées pour assurer le contact électrique du laminé non planaire. Les chargements ont été faits à température ambiante et élevée ainsi qu’à angle normal et incliné. La caractérisation par l’analyse des courbes de chargement, la coplanarité, la mesure des hauteurs des interconnections et la tomographie par rayon X a démontré qu’un angle normal ne provoquait qu’une légère déformation qui était relativement indépendante de la température ou de la force dans l’étendu testé. Bien que les données de fluage semblent entrer dans le cadre des modèles précédemment publiés et un nouveau modèle plus juste a été créé avec l’aide de test de nanoindentation. L’inclinaison du chargement a démontré produire des déformations significatives qui, durant un test électrique typique de 20 minutes, étaient similaire pour un faible ou un grand chargement. Par contre, ces déformations avaient tendance à être plus importantes pour une température élevée et pour une petite taille de puce. De telles déformations ont démontrés induire une recristallisation des grains en une taille plus fine sans retrouver leur forme après un recuit. De plus, les déformations sévères ont démontrées une présence de fissurations à température ambiante et d’espace réduit à température élevée pouvant nuire à l’intégrité de l’assemblage. Un cyclage thermique de 1000 cycles n’a pas induit de défaillance électrique pour le nombre d’échantillons testés, mais des tests avec un plus grand échantillonnage sont recommandés. En somme, cette étude conclue qu’une vérification électrique dans des conditions normales d’une puce sans capot ne va pas endommager l’intégrité des interconnections sans plomb. Toutefois, un contrôle des procédés robustes est nécessaire afin d’éviter des conditions anormales résultant en une inclinaison de la charge qui pourrait compromettre l’intégrité des assemblages.