Les “alliages à haute entropie (de mélange)” (AHE) sont une nouvelle famille de matériaux prometteurs. Ils sont caractérisés par la formation d'une solution solide à 5 éléments (en proportions équiatomiques) de structure cristalline simple. Dans cette thèse, la composition cubique centrée TiZrNbHfTa est étudiée, proposant une caractérisation en profondeur d’un alliage considéré « de référence » dans la famille des AHE réfractaires.Tout d'abord, la microstructure et la structure de l’alliage (dans son état brut de coulée ou recristallisé) sont étudiées. L’environnement local de sous-systèmes de TiZrNbHfTa est analysé par EXAFS. Le traitement des données est effectué par une double approche d’affinement EXAFS et de simulation Reverse Monte-Carlo couplée à une approche d’algorithme génétique. Un mélange quasi-parfait des différents éléments est obtenu à l’échelle locale et la distribution de distance des premiers voisins devient moins bien définie sous l’effet de l’augmentation des différences entre rayons atomiques.Ensuite, l’impact de la solution solide concentrée sur les propriétés mécaniques et les mécanismes de déformation de l’alliage est étudié. Des essais mécaniques spécifiques sont effectués, conduisant à l’obtention des volumes d’activation et à la partition de la contrainte d’écoulement. Une étude MET complémentaire permet d'analyser les microstructures de déformation. Une très haute limite d’élasticité est obtenue, mais la force de friction de Peierls contrôle de manière classique la déformation de cet alliage à la température ambiante, ce qui conduit à un taux d’écrouissage limité. Une nouvelle approche visant à augmenter cette propriété est finalement proposée / High entropy alloys (HEA) are a new promising type of materials. Breaking with the traditional alloying concepts, solid solution(s) based on 5 elements in equiatomic concentration with simple crystal structures are obtained. In this study, the equiatomic composition TiZrNbHfTa is investigated, in order to provide an in-depth characterization of a “reference” body centered cubic refractory HEA.First, the microstructure and structure of the alloy are studied. Thermomechanical treatments procedures are established to access recrystallized microstructures. The local environment is studied by EXAFS in sub-components of the TiZrNbHfTa system. The double approach used, based on EXAFS fit and reverse Monte-Carlo coupled with evolutionary algorithm allowed to quantify both the mixing of the elements at the atomic scale and the lattice distortion. For all the investigated compositions, good mixing is achieved, and the distance distribution of first nearest neighbors becomes less precise with increasing atomic size mismatch.Then, the impact of such concentrated multi-element solid solution on the mechanical properties and the deformation mechanism of the material is investigated by specific tests. The activation volumes and the flow stress partition are extracted. The mechanical results are coupled with a TEM study. This part evidences that the alloy displays an impressive yield strength. However, the high lattice friction controlling the dislocation glide does not differ from classical bcc structures, leading to a rather low work hardening. A new design approach aiming at increasing the work-hardening in such materials is finally proposed, and a proof of concept is given

Les alliages à haute entropie forment une nouvelle classe de matériaux découverts récemment et démontrant des propriétés physiques et mécaniques très prometteuses. Ces solutions solides à phase unique présentent une grande dureté, une haute résistance à la corrosion, une bonne résistance aux dommages causés par l’irradiation ionique et une phase stable même à température élevée. Pour ces raisons, ils ont attiré l’attention pour plusieurs utilisations potentielles, notamment dans la prochaine génération de réacteurs nucléaires. Dans ce mémoire, nous étudierons la diffusion de défauts ponctuels dans l’alliage de 55Fe-28Ni-17Cr. Ces défauts sont très fréquemment créés par l’irradiation par ion ayant lieu dans les cuves des réacteurs nucléaires. Nous profiterons de l’occasion d’étudier un alliage ayant une microstructure complexe afin d’introduire et de tester une méthode du calcul du taux de transition global et local se basant sur le calcul du facteur pré-exponentiel de la théorie de l’état de transition harmonique (hTST). Ces méthodes sont implantées dans la technique d’activation-relaxation cinétique, une méthode de Monte Carlo cinétique, que nous utiliserons pour réaliser la diffusion de défauts ponctuels dans l’alliage. Nous démontrons une différence importante entre le taux de transition calculé avec et sans hTST qui peut mener à une erreur dans les propriétés calculées de diffusion des défauts. Nous démontrons également que le facteur pré-exponentiel obéit à une anti-loi de compensation de Meyer-Neldel. Le calcul local du facteur pré-exponentiel est étudié et nous démontrons qu’il est capable de reproduire le taux global pour plusieurs événements. / High-entropy alloys are a novel class of materials discovered recently and demonstrating promising physical and mechanical properties. These single-phase solid solutions present a high hardness, a great resistance to corrosion, a good resistance to ion radiation damages and a stable phase even at high temperature. For these reasons they have attracted the attention for numerous potential uses, notably in the next generation of nuclear reactors. In this thesis, we study the diffusion of point defects in the 55Fe-28Ni-17Cr alloy. This kind of defect being very frequently created by irradiation in nuclear reactors. We will also use the occasion of having an alloy with a complex microstructure to add and test a method of computing the transition rate globally and locally based on the computation of the prefactor of the harmonic Transition State Theory (hTST). These additions will be made in the kinetic Activation-Relaxation Technique, a kinetic Monte Carlo method that will be used to study the diffusion of point defects in the alloy. We demonstrate that there is an important discrepancy between the rate computed with and without the hTST that can lead to an error in the computed diffusion properties of defects. We also show that the prefactor obeys an anti Meyer-Neldel compensation law. The local method to compute the prefactor is then studied and proven to be able to reproduce the global rate for a large number of events.

Les alliages à haute entropie (HEAs) sont des alliages métalliques composés de 5 éléments ou plus, présents en proportions equimolaire ou presque. Depuis leur apparition dans le domaine de la métallurgie, leurs propriétés intéressantes ont causé un intérêt croissant de la part de la communauté scientifique pour essayer de les comprendre et les prédire. Plusieurs de ces propriétés peuvent aussi être observées dans d'autres systèmes cristallins ayant moins d'éléments, comme les solutions solides concentrées (CSAs) composées de FeNiCr. Ce mémoire présente les effets du calcul des préfacteurs par l'approximation harmonique de la théorie de l'état de transition (hTST) sur la diffusion d'une lacune dans une CSA en FeNiCr modélisée par un algorithme Monte-Carlo cinétique (KMC) hors réseau. Ce travail est motivé par les nombreux débats qui entourent la diffusion lente dans les HEAs et autres CSAs hautement désordonnés. Bien que cette caractéristique ait été proposée et utilisée pour expliquer certaines des propriétés les plus intéressantes des HEAs, les mécanismes de diffusion dans ceux-ci sont encore mal compris. Dans des travaux précédents, il a été démontré que les préfacteurs hTST dans une CSA FeNiCr peuvent avoir des valeurs qui s'étalent sur plusieurs ordres de grandeur. En partant de ces résultats, l'influence de cette variation de préfacteurs sur la diffusion d'une lacune est étudiée. Grâce à une analyse comparative entre des simulations utilisant des préfacteurs hTST et constants, le rôle de l'entropie dans la diffusion est étudié. Plus de un millions d'évènements au total sont trouvés dans les 96 simulations effectuées dans chaque type de simulation, fournissant une base statistique solide. Ces simulations KMC ont été performées par l'algorithme d'activation-relaxation cinétique (kART) couplé au potentiel Bonny-2013 pour les calculs de surface d'énergie potentielle (PEL). Nous démontrons que, en plus de l'entropie configurationnelle, le désordre affecte aussi l'entropie vibrationnelle, et que ce phénomène peut être à la base de diverses propriétés de ces systèmes, y compris leur diffusion lente. Les résultats présentés ne peuvent être obtenus que grâce à une analyse cinétique du système. En effet, la dynamique obtenue ne peut pas être extraite directement de l'évaluation statique du PEL, car la corrélation de sélection des événements est construite à partir des contributions combinées du préfacteur et des barrières énergétiques. Cette combinaison affecte la loi de compensation qui est mesurée, selon si le calcul de cette loi est effectué avec les évènements qui sont disponibles ou avec les évènements sélectionnés. Une introduction, ainsi que deux chapitres sur les HEAs et sur la théorie de l'état de transition débutent ce travail, suivis de la méthodologie, présentée au chapitre 4, et de l'article au chapitre 5. / High entropy alloys (HEAs) are metallic alloys composed of 5 or more elements, present in equimolar or near equimolar proportions. Since their appearance in the field of metallurgy at the beginning of the XXIst century, their properties have caused a growing interest from the scientific community in order to understand and predict certain of these properties. Many of them can also be observed in other crystalline systems with fewer elements, such as concentrated solid solution (CSAs) composed of FeNiCr. This masters' thesis presents the effect that the computation of prefactors by the harmonic approximation of the transition state theory (hTST) has on the diffusion of a single vacancy in a FeNiCr CSA, simulated by a kinetic Monte Carlo algorithm (KMC). The debate around a sluggish defect diffusion, proposed as a core effect of HEAs and CSAs with high amounts of disorder motivates this research. Indeed, even though this characteristic is often used to explain some of the most interesting properties of HEAs, the diffusion mechanisms are still not fully comprehended. In a previous study, it was demonstrated that hTST prefactors span over several orders of magnitude. Based on these results, we study the impact of hTST on diffusion. Through a comparative analysis between simulations using hTST and constant prefactors, the role of entropy on diffusion is studied. More than one million events in total are found in the 96 simulations performed for each type of simulation, providing a solid statistical basis for this analysis. These KMC simulations were performed by the kinetic activation-relaxation technique (kART) coupled with the Bonny-2013 potential for potential energy landscape (PEL) calculations. We demonstrate that both disorder and configurational entropy strongly affect the vibrational entropy, and that this can be responsible for various properties of these systems, including their sluggish diffusion. Presented results can only be obtained by a kinetic study of the system. The kinetic patterns that are observed can not be obtained by only the static analysis of the PEL for the combination of both prefactors and energy barriers affects event selection. This selection of events can change the compensation law that is measured whether it is computed using available events or selected events. Two chapters on HEAs and transition state theory, as well as a chapter on the methodology are presented before these results.