L'utilisation de l'acier inoxydable duplex (DSS) pour des applications structurales est considérée comme l'un des progrès les plus notables et qui a le plus grand impact sur le secteur de la construction. Ceci est grâce à ses propriétés mécaniques élevées couplées avec des propriétés fonctionnelles intéressantes telles que la résistance à la corrosion, ou encore la faible conductivité thermique par rapport aux aciers au carbone. En raison de sa microstructure et l'interaction complexe entre les phases, DSS a un fort potentiel pour le développement des propriétés uniques. Une meilleure compréhension est nécessaire pour obtenir des propriétés exceptionnelles et fournir la possibilité de concevoir un DSS sur-mesure et architecturé pour des applications spécifiques. Dans ce travail, nous avons proposé une approche différente de celle utilisée jusqu'à présent pour comprendre le comportement du DSS. La stratégie adoptée dans ce travail était une stratégie dite top-down dans laquelle au moins deux métaux ayant un comportement et des propriétés bien connues sont mécaniquement assemblés par déformation plastique sévère (SPD). Cette stratégie proposée a pour objectifs: i) améliorer les propriétés par raffinement de microstructure jusqu’à une échelle sub-micrométrique ii) l'élaboration d'un matériau modèle permettant de comprendre le comportement DSS obtenu par les méthodes métallurgique conventionnelles. Le premier objectif de ce travail était, par conséquent, la mise en œuvre d'une méthodologie de fabrication en utilisant la technique SPD par co-tréfilage. Cette technique permettra l'obtention d'une microstructure ultrafine des composites 316L / 430LNb. L'un des défis rencontrés au cours de notre étude était l'inter-diffusion significative lors de traitement thermique susceptible de limiter un raffinement supplémentaire de la microstructure en question. Une étude d'optimisation a été effectuée pour tenir compte du rôle de cette inter-diffusion pour un couple 316L / 430LNb. Ainsi, des micro-composites multi-échelles ont été obtenus. Dans ce travail, nous avons montré la limitation de ce processus en termes de raffinement de microstructure. Une rationalisation de ces limites a été donnée par une étude thermocinétiques sur les micro-composites et matériaux brut initialement utilisés. Parallèlement à l'évaluation de la microstructure, le comportement mécanique de ces nouveaux micro-composites a été examiné. Afin de fournir une explication plus approfondie sur le comportement plastique de nos composites, des essais de traction in situ par rayonnement X synchrotron à haute énergie ont été effectués. / The use of duplex stainless steel (DSS) grades for structural applications is considered as one of the most significant advances impacting the construction sector. This is because of their high mechanical properties coupled with interesting functional properties such as corrosion resistance or even the low thermal conductivity compared to carbon steels. Due to their complex microstructure and interaction between the phases, DSS have a significant potential for unique properties. A better understanding is needed to give the possibility to obtain break through properties and to provide the possibility to design tailor-made, architectured DSS for specific applications. In this work we proposed a different approach from that used until now to understand the behavior of DSS. The strategy adopted in this work was a top-down strategy in which at least two bulk metals with well known behavior and properties are mechanically alloyed by Severe Plastic Deformation (SPD). This proposed strategy served two main objectives: i) enhancing the properties by microstructure refining down to sub-micron scale ii) elaborating a material model for understanding the DSS behavior obtained by the conventional metallurgical methods. The first objective of this work was, therefore, the implementation of a methodology of manufacturing using SPD technique by co-drawing. This technique will allow obtaining an ultra-fine microstructure of 316L/430LNb composites. One of the challenges met during our study was the significant inter-diffusion during heat-treatment step necessary during processing preventing by consequence further refining. An optimization investigation was carried out to account the role of this inter-diffusion for 316L/430LNb couple. Multi-scale micro-composites have been then obtained. In this work, we showed the limitation of this process in terms of microstructure refining. A rationalization of these limits was given by studying the thermo-kinetics of both micro-composites and bulk materials. In parallel with the microstructural evaluation, the mechanical behavior of these new micr-composites was examined. In order to provide a more in-depth explanation of the plastic behavior of our composites, in situ tensile test using high energy X-ray synchrotron have been performed.

La détermination des conditions de chargements limites qui produisent une localisation du matériau est toujours un enjeu important, notamment lorsqu'il s'agit d'optimiser les dimensions d'outillage lors d'opérations durant lesquelles le matériau est fortement sollicité. Différents travaux récents ont montré que l'hétérogénéité structurale intrinsèque à tout matériau métallique joue un rôle important dans les différents stades de déformation. Le rôle des hétérogénéités sur la localisation n'est cependant pas abordé. L'objectif de cette thèse est donc de déterminer si l'hétérogénéité structurale des matériaux a un impact sur la localisation des matériaux ductiles. Une action corollaire est alors de valider le recours à des modèles qui intègre cette hétérogénéité pour obtenir des meilleurs résultats.Cette étude comprend deux volets. Le premier volet expérimental a pour objectif de constituer un référentiel expérimental qui met en évidence l'impact du facteur hétérogénéité sur la localisation. Différentes éprouvettes de titane ont été préparées de façon à obtenir différents degrés d'hétérogénéités. Deux paramètres ont été utilisés à cette fin : l'épaisseur et la structure cristalline. Le titane permet en effet de disposer de matériaux à structure hexagonale et cubique centrée qui présentent des possibilités d'accommodation plastique très différentes. Des essais de traction et d'expansion ont ainsi été pratiqués sur des éprouvettes de titane de tôle fine et épaisse dans les structures α et β du titane de nuance T40. Trois tôles différentes : Tiα(tôle fine); Tiα(tôle épaisse) et Tiα+β(tôle épaisse) ont été utilisées lors des essais. Pour obtenir les tôles Tiα+β un traitement thermique a été optimisé et l’analyse des tôles a été effectuée à l’aide de plusieurs techniques comme le MEB, les rayons X et l'ATD. Un second volet numérique s'est appuyé sur deux modèles pour réaliser la simulation des essais expérimentaux. Un premier modèle de type phénoménologique "classique", sans facteur d'hétérogénéité a tout d'abord été utilisé pour simuler le comportement idéal d'un matériau homogène. Dans un second temps, le recours à un modèle qui intègre une dimension physique, l'hétérogénéité, a montré que cette dernière a une incidence notable et permet d'améliorer la prédiction du phénomène de localisation. / The determination of limit loading conditions producing the localization in the material is always an important subject, notably as it is about the optimization of tool dimension during operations during which material is strongly solicited. Different recent works have shown that intrinsic structural heterogeneity inside any metallic material plays an important role in the different stages of deformation. However, the role of heterogeneities in localization is not addressed.The objective of this PhD thesis is therefore to determine if the structural heterogeneity of materials has an impact on the localization of ductile materials. A corollary action is then to validate the use of models which integrate this heterogeneity for best results.This study has two parts.The first experimental part has for objective to constitute an experimental base which highlights the impact of the heterogeneity factor on localization. Different titanium specimens were prepared so as to obtain different degrees of heterogeneities.Two parameters were used for this purpose: thickness and crystal structure. Titanium makes it possible to have materials with hexagonal structure and cubic centered that present possibilities of very different plastic accommodation.Tensile and equi-axial tests have thus been carried out on titanium specimens for thin and thick metal sheet in the structures α and β for T40 grade Titanium.Three different sheets Tiα(thin); Tiα(thick) et Tiα+β(thick) were used during the tests. To obtain the sheets Tiα+β, a heat treatment has been optimized and sheets analysis was done using several techniques such as SEM, X Rays and ATD. A second numerical part was based on two models to realize numerical simulation of the experimental tests. A first classical phenomenological model without heterogeneity factor was firstly used to simulate the ideal behavior of a homogeneous material. In a second time, the use of a model that incorporates a physical dimension that is to say the heterogeneity, has shown that this latter has a significant impact and makes it possible to improve the prediction of localization phenomenon.

La mesure quantitative de propriétés mécaniques à l’échelle nanométrique en matière molle est un réel enjeu pour de nombreux domaines, en particulier en biologie. Cette thèse propose une technique de microscopie, appelé Force Feedback Microscopy (FFM), permettant de mesurer simultanément la force statique, la raideur G’ (N/m) et la dissi- pation G” (N/m) à une fréquence arbitraire à l’échelle nanométrique.Cette technique utilise un microlevier AFM muni d’une pointe ou d’une sphère. Une contre-force, qui maintient en temps réel la position de la pointe constante, permet de maintenir le système mécaniquement stable et de mesurer la force statique. Dans cette configuration, le régime linéaire de l’interaction et de oscillateur harmonique est obtenu grâce à de petites amplitudes d’oscillation. Dans le formalisme de la réponse linéaire, la raideur G’ et la dissipation G” sont obtenues par une transformation linéaire de l’amplitude et de la phase.Grâce à des cas d’école (couplage électrostatique et confinement hydrodynamique), les performances expérimentales sont démontrées.Grâce au FFM, nous présentons les propriétés viscoélastiques mesurées d’un nanomé- nisque à partir de mesure à différentes fréquences. Nous mettons en évidence un régime hors-équilibre thermodynamique, où le nanoménisque oscille à volume constant avec une ligne de contact ancrée.Une méthode de mesure sans contact direct en milieu liquide de propriétés mécaniques d’échantillon mince et mou à l’échelle nanométrique est présenté. Cette méthode, basé sur le travail E.Charlaix avec le SFA (le Surface Force Apparatus fût le premier instrument à mesurer les forces de Van der Walls), permet de s’affranchir des forces de surfaces qui dominent à faible indentation lors de mesure par contact direct. Le travail effectué pendant ma thèse permet de positionner le FFM comme un nano-SFA.Afin de mettre cette méthode à disposition pour le plus grand nombre, le transfert technologique vers un AFM commercial est effectué. / Quantitative measurement of mechanical properties of soft material at the nanoscale is a real challenge for many areas, particularly in biology. This thesis proposes a microscopy technique called Force Feedback Microscopy (FFM) for simultaneously measuring the static force, the stiffness G’(N / m) and the dissipation G"(N / m) at an arbitrary frequency at the nanoscale.This technique uses an AFM cantilever with a tip or sphere. A feedback force, that maintains in real time the position of the tip constant, ensures the mechani- cally stability and measure the static force. In this configuration, the linear regime of interaction and harmonic oscillator is obtained through small oscillation ampli- tudes. In formalism of the linear response, the stiffness G’ and the dissipation G" are obtained by a linear transformation of the amplitude and phase. Through case study (electrostatic coupling and hydrodynamic confinement), experimental performance is demonstrated.Thanks to the FFM, we present the measured viscoelastic properties of nanomenis- cus for different measurement frequencies. We highlight a thermodynamic system out of equilibrium, where the nanomeniscus oscillates at constant volume with a locked contact line.A method for non-contact measurement in liquid medium of mechanical prop- erties of thin and soft sample at the nanoscale is presented. This method, based on the work of E.Charlaix with SFA (the Surface Force Apparatus was the first instrument to measure the forces of Van der Waals), overcomes the forces of sur- faces that dominate at low indentation during direct contact measurement. The work done during my PhD positions the FFM as a nano-SFA.To put this method available to the greatest number, technology transfer to commercial AFM is performed.

Les microtubules-qui définissent la forme des axones, des cils et des flagelles, et qui servent de rails pour le transport intracellulaire-subissent de fortes contraintes exercées par les forces intracellulaires. La structure des microtubules et leur rigiditépeuvent en théorie être affectées par des contraintes physiques. Cependant, il reste à établir comment les microtubules tolèrent de telles forces et quelles sont les conséquences de ces forces sur la structure des microtubules. En utilisant un dispositif demicrofluidique, j’ai pu montrer que la rigidité des microtubules diminue progressivementà chaque cycle de courbure induit par des contraintes hydrodynamiques.Comme dans d'autres exemples de fatigue des matériaux, l'application de contraintes mécaniques sur des défauts pré-existants le long des microtubules est responsable de la génération de dommages plus étendus. Ce processus rend les microtubules moins rigides.J’ai pu aussi montrer que les microtubules endommagés peuvent se réparer en intégrant de nouveaux dimères de tubuline à leur surface et de récupérer ainsi leur rigidité initiale. Nos résultats démontrent que les microtubules sont des matériaux biologiquesayant des propriétés d’auto-réparation, et que la dynamique des microtubules ne se produit pas exclusivement à leurs extrémités. La mise en évidence de ces nouvelles propriétés permet de montrer comment les microtubules peuvent s’adapter à des contraintesmécaniques. / Microtubules—which define the shape of axons, cilia and flagella, and provide tracks for intracellular transport—can be highly bent by intracellular forces, and microtubule structure and stiffness are thought to be affected by physical constraints. Yet how microtubules tolerate the vast forces exerted on them remains unknown. Here, by using a microfluidic device, we show that microtubule stiffness decreases incrementally with each cycle of bending and release. Similar to other cases of material fatigue, the concentration of mechanical stresses on pre-existing defects in the microtubule lattice is responsible for the generation of more extensive damage, which further decreases microtubule stiffness. Strikingly, damaged microtubules were able to incorporate new tubulin dimers into their lattice and recover their initial stiffness. Our findings demonstrate that microtubules are ductile materials with self-healing properties, that their dynamics does not exclusively occur at their ends, and that their lattice plasticity enables the microtubules’ adaptation to mechanical stresses.

La culture du blé est l’une des plus importantes au monde. Le grain de blé est un matériau composite naturel dont la majeure partie est constituée d’albumen amylacé formé d’un assemblage compact de granules d’amidons (glucides) enchâssés dans une matrice protéique (gluten). Pour obtenir des produits comme la farine, la structure de l'albumen doit être fragmentée en broyant les grains sous des fortes contraintes. La quantité et la qualité des produits obtenus dépendent du comportement de l’albumen à la fragmentation. En raison de sa nature composite, le comportement rhéologique du grain est tributaires des propriétés mécaniques des phases qui le composent (granules, gluten, pores), de leurs interactions, ainsi que de leur distribution spatiale. Les granules d’amidons sont de formes relativement sphériques et de tailles micrométriques, tandis que les protéines sont organisées en un réseau entourant les granules. L'interaction entre l'amidon et ce réseau protéique est influencée par certaines protéines, les puroindolines, dont la présence et le type d’allèle sont contrôlées génétiquement. Si les gènes codant pour les puroindolines sont présents sous forme sauvages, la dureté meunière, c’est à dire l’aptitude à la fragmentation du grain est faible. L’origine de ce comportement est liée à une adhérence limitée entre matrice protéique et amidon. L'absence totale de puroindolines chez le blé dur conduit au contraire à une dureté très élevée des grains et à une forte adhérence. L'objectif de cette thèse est d'étudier, à partir d’une approche multidisciplinaire, la biomécanique du fractionnement du grain de blé en mettant l'accent sur le rôle des granules d'amidon. Des échelles de taille différentes sont considérées : échelle micrométrique du granule et de la matrice protéique; agencement complexe de ces composants dans l'albumen et échelle millimétrique du grain. Ainsi, des expériences de broyage à l'échelle du grain ont été combinées avec des mesures nano-mécaniques par microscopie à force atomique (AFM) et des simulations numériques.Le comportement au broyage a été étudié en utilisant un micro-moulin instrumenté. Une comparaison a été effectuée entre des essais réalisés sur une variété de blé dur et sur la même variété dans laquelle ont été introduits les gènes codant pour les puroindolines. Un changement significatif du comportement mécanique des grains transformés, attribuable uniquement à la présence de puroindolines, a été observé - en termes d'énergie consommée, - de productivité en farine et - de taux d'amidon endommagé. Ces changements sont compatibles avec l'hypothèse d'une faible adhérence, entre granules d'amidon et matrice protéique, induite par la présence des puroindolines et montrent l'effet significatif de celles-ci sur le comportement à la fragmentation. Ces modifications de comportement mécanique peuvent être étudiées par des mesures AFM nano-mécaniques. Pour compléter des travaux antérieurs ayant permis la mesure des propriétés de l'amidon et du gluten, une méthode basée sur des mesures AFM en mode résonance de contact (CR-AFM) a été développée. Celle-ci permet de cartographier les propriétés directement à l'intérieur des granules d’amidon et prend en compte à travers un modèle théorique les variations importantes de topographie observées dans les sections de grains. Ces études CR-AFM de l'albumen ont ensuite porté sur les propriétés mécaniques des granules d'amidon d'origines botaniques différentes (céréales et légumineuses).Enfin, le rôle de la distribution bimodale en taille des granules d'amidon sur la fragmentation de l'albumen a été précisé à partir d’une étude numérique paramétrique détaillée. Les propriétés mécaniques élastiques et à la rupture ont été analysées en détail, ainsi que le rôle dominant de la ténacité des granules et de l'adhérence à l'interface sur l’endommagement de l’amidon. / The wheat grain is a natural composite material of worldwide importance. The major part of the grain is the starchy endosperm. To obtain food products, such as flour, the endosperm’s compact structure needs to be disintegrated, which is achieved by milling the grains under high forces. The quantity and quality of the milling products notably depend on the fragmentation behaviour of the endosperm.Due to the endosperm’s composite nature, this behaviour depends strongly on the mechanical properties of its components and their interaction. The main components of the endosperm are carbohydrates and proteins. The carbohydrates are deposited as starch in the form of granules of micro-meter size, whereas proteins form a network (gluten), which surrounds the starch granules. The interactions between starch and proteins is believed to be influenced by certain non-gluten proteins (puroindolines), whose presence and allelic state are genetically controlled. If puroindoline genes are present in the wild-type form, grain hardness is low, which have been related to low starch-protein adhesion. The complete absence of puroindolines in the durum wheat species leads to very high grain hardness and indicates a strong adhesion.The aim of this thesis was to investigate the biomechanics of wheat grain fractionation with a focus on the role of the starch granules therein, which was pursued with a multi-disciplinary approach. Different size scales were considered, from the micro meter-sized structures of starch and protein, the complexity of their arrangement in the endosperm, up to the millimeter-sized grains. In this work, grain-scale milling experiments were combined with nano-mechanical measurements by atomic force microscopy (AFM) and numerical simulations.The milling behaviour of a transgenic durum wheat line, which contained puroindoline genes, was determined by grain scale milling experiments and compared to the milling behavior of non-modified durum wheat. A significant change of milling behavior of the transformed durum wheat grains was observed in terms of milling energy, flour yield and starch damage, which was solely attributable to the presence of puroindolines. The observed changes were consistent with the hypothesis of a lower adhesion between starch granules and protein matrix due to the presence of puroindolines and confirmed the significant effect of puroindolines on the fragmentation behaviour, independent of the grain’s genetic background.The change of fragmentation behaviour is a result of modifications of the mechanical properties of the endosperm’s components and/ or their interaction. Such modifications can be investigated by AFM nano-mechanical measurements. Based on previous work illuminating the global nano-mechanical properties of starch and gluten, contact-resonance AFM (CR-AFM) was applied to obtain maps of the nano-mechanical properties inside the grains. Due to the high topography variations of grain section surfaces and the non-trivial correlation between surface slope and contact resonance-frequency, which hindered a straight-forward interpretation of CR-AFM measurements, a practical method based on existing analytical models of the cantilever vibration was developed to correct the measurements. CR-AFM studies of the endosperm were then focused specifically on the mechanical properties of starch granules and the link to starch structure, and applied to the study of starches from wheat in comparison to plants from different botanical origin (other cereals and legumes).Finally, the role of starch granules, their size distribution, and mechanical properties on endosperm fragmentation was analysed by parametric numerical studies. The influence of the bi-modal size distribution of granules on the mesoscale mechanical properties was shown, as well as the governing role of granule toughness and interface adhesion on the granule damage.

Plusieurs types d’interactions existent entre un emballage (contenant) et le produit emballé (contenu). L’inertie d’un emballage est rarement totale, ce qui peut engendrer par exemple une altération des propriétés du produit emballé. Ce contact contenant/contenu peut également influencer les propriétés thermomécaniques de l’emballage. L’objectif général du travail de cette thèse consiste à développer une méthodologie expérimentale rigoureuse et pertinente pour caractériser les phénomènes observés et ainsi modéliser le système matériau/produit. Cette démarche a pour but la mise au point d’un outil d’aide à la conception des emballages en polymère, permettant la prédiction et la simulation de résistance mécanique de ces emballages, afin notamment d’améliorer leurs performances. Dans le cadre de ce travail, nous avons caractérisé la sorption de l’acétate d’amyle dans des flacons en polypropylène par les techniques de gravimétrie et de spectrométrie infrarouge à transformée de Fourier avec différentes concentrations aux températures de contact de 23°C et de 40°C. Nous avons pu constater, à l’aide de ces deux techniques, que la quantité d’ester dans le polymère augmente en fonction de la température de vieillissement et de la concentration en ester. L’étude thermique par la technique de DSC a montré que la température de fusion augmentait et que le taux de cristallisation du polypropylène diminuait en fonction de la concentration d’acétate d’amyle, ce dernier jouant le rôle de plastifiant. Nous avons également identifié, à l’aide du logiciel SiDoLo, un modèle analytique de type sigmoïdal pour modéliser la sorption de l’acétate d’amyle dans le polypropylène Pour corréler l’évolution du module d’élasticité et de la RCV des flacons avec le vieillissement du polymère, nous avons réalisé des essais de traction simple sur des éprouvettes prélevées sur les flacons, ainsi que des essais de compression verticale sur des flacons. Pour identifier les paramètres de la loi de comportement des polymères solides, nous avons utilisé la méthode d’identification inverse sur les essais de compression verticale, en couplant le logiciel d’optimisation SiDoLo et le logiciel de calcul des structures par la méthode des éléments finis ABAQUS®. Cette approche nous notamment permis de proposer une évolution de ces paramètres en fonction de la concentration d’acétate d’amyle / Several types of interactions exist between a packaging (container) and the packed product (contained). The inertia of a packaging is never total, which can generate for example a deterioration of the properties of the packed product. This container/contained contact can also influence the thermomechanical properties of the packaging. The aim of this work consists in developing a rigorous and relevant experimental methodology to characterize the phenomena observed and thus to model the system material/product in order to obtain a tool for simulating the mechanical resistance of polymer packaging, which will be used for the improvement of their mechanical performances. Within the this work, we have characterized the sorption of the amyl acetate in polypropylene bottles by the techniques of gravimetry and Fourier transformed infra-red spectrometry with various concentrations at the temperatures of contact of 23°C and 40°C. We have noticed, using these two techniques, that the quantity of ester sorbed in the polymer increases according to the temperature of ageing and the concentration of the ester. The thermal study by the DSC technique, showed that the melting point increases and that the rate of crystallization of polypropylene stripped according to the concentration of amyl acetate, the amyl acetate playing a role of a plasticizer. We have also identified, using the software SiDoLo, an analytical model of sigmoïdal type to model the sorption of the amyl acetate in the polypropylene to correlate the evolution of the modulus of elasticity and the top load of the bottles with the ageing of the polymer. We carried out simple tensile tests on cutted out samples from the bottles and top load tests on the bottles. We have used the inverse identification method on top load tests, by coupling SiDoLo optimization software and the nonlinear finite element program ABAQUS®, to identify the parameters of the law of solid polymers. We have also proposed an evolution of these parameters according to the amyl acetate concentration

L'objectif de ce travail est de proposer des composites totalement biosourcés à application potentielle pour l'aménagement cabine et conforme aux exigences REACh. L'utilisation de fibres végétales comme renforts de matrices polymères est une voie prometteuse qui permet de réduire l'impact environnemental, tout en diminuant la masse. Une nouvelle matrice polyamide biosourcée synthétisée par Arkema - Polyamide méta-xylylène diamine 10 - a été utilisée pour cette étude. Une étude préliminaire de composites Polyamide 11/poudre de bambou a montré que l'introduction du renfort ne perturbait pas la structure physique de la matrice. De plus, l'optimisation des propriétés mécaniques s'effectue en l'absence d'agent de couplage. Les composites fibres continues de bambou/PA mXD 10 qui sont également mis en œuvre sans agent de couplage, ont des modules de cisaillement supérieurs à ceux des composites synthétiques de référence fibre de verre/matrice phénolique, avec un gain de masse de l'ordre de 50%. / The aim of this work is to propose fully bio-based composites for a potential application in the cabin interior, and compliant with the REACh regulations. The use of vegetable fibers as reinforcement into polymeric matrices is an encouraging way to decrease the environmental impact, end the weight as well. A new bio-based polyamide matrix, synthetized by Arkema - Polyamide meta-xylylene diamine 10 - was used in this work. A preliminary study on Polyamide 11/bamboo powder showed the introduction of the fillers did not modified the physical structure of the matrix. Moreover, the optimization of the mechanical properties occurs with no coupling agent. The continuous bamboo fibers/PA mXD 10 composites, which were also processed without coupling agent, present shear moduli superior than the one of the synthetic reference glass fibers/phenolic, with a gain of weight about 50%.

Les arbres irriguent leurs organes par un système microfluidique complexe qui permet le transfert d’eau sous des pressions hydrostatiques négatives allant de -0.1 à -13 MPa. Dans ces conditions de métastabilité, les arbres vivent avec le risque d’une vaporisation soudaine de leur sève, qui conduit à l’embolie. Après cavitation, la poche de gaz créée croît ensuite par différence de pression et diffuse dans les vaisseaux du xylème à travers des membranes poreuses appelées “ponctuations”. Ces membranes permettent d’assurer le transfert hydrique vasculaire et de lutter contre la propagation de l’embolie gazeuse pouvant conduire à un état létal de la plante. Pour comprendre les mécanismes d’embolie d’air dans le xylème, nous avons pu étudier la structure des ponctuations du peuplier et caractériser par microscopie à force atomique (AFM) leurs propriétés mécaniques. Nous avons fait des expériences de nano-indentation et de flexion sur des échantillons secs et saturés en eau. Les premières expériences semblent montrer que les propriétés mécaniques sont peu affectées par la sorption d’eau (le module d’Young de la membrane primaire est E 0:40 GPa). Nous avons pu établir que le module des ponctuations était inférieur à celui de la paroi vaisseaux du xylème (E 8 GPa). Des expériences de micromoulages ont montré que les membranes des ponctuations se déforment sous l’effet d’une différence de pression. En tenant compte de la présence des parois secondaires, l’analyse par éléments finis de la déformation des ponctuations permet de calculer le module d’Young des membranes qui est identique à celui déterminé en AFM. Nous avons pu mettre en évidence que les mâchoires constituées par les parois secondaires limitent la déformation de la membrane au niveau de l’encastrement près du bord. Des expériences d’injection d’air ont permis de déterminer la pression critique (Pc = 1:8 MPa) et les diamètres critiques des pores présents sur les valves capillaires (dpore 160 nm). La taille des pores estimée est cohérente avec les données de la littérature. Nous avons proposé une première modélisation de la propagation d’une embolie sur la base de l’écoulement de Darcy dans la membrane. L’ensemble des résultats semble montrer que la diffusion de gaz est rendu possible par l’effet conjoint de la déformation de la membrane qui génère l’ouverture des pores diminuant ainsi la pression critique de passage du gaz et de la rupture des ponts capillaires présents dans les pores de la membrane. / The xylem vessels of trees constitute a model natural microfluidic system. In this work, we have studied the mechanism of air flow in the Populus xylem. The vessel microstructure was characterized by optical microscopy, transmission electronic microscopy (TEM), and atomic force microscopy (AFM) at different length scales. The xylem vessels have length ≈ 15 cm and diameter ≈ 20 μm. Flow from one vessel to the next occurs through ∼ 10 2 pits, which are grouped together at the ends of the vessels. The pits contain a thin, porous pit membrane with a thickness of 310 nm. We have measured the Young’s moduli of the vessel wall and of the pits (both water-saturated and after drying) by specific nanoindentation and nanoflexion experiments with AFM. We found that both the dried and water-saturated pit membranes have Young’s modulus around 0.4 MPa, in agreement with values obtained by micromolding of pits deformed by an applied pressure difference. Air injection experiments reveal that air flows through the xylem vessels when the differential pressure across a sample is larger than a critical value ∆P c ≈ 1.8 MPa. In order to model the air flow rate for ∆P ≥ ∆P c , we assumed the pit membrane to be a porous medium that is strained by the applied pressure difference. Water menisci in the pit pores play the role of capillary valves, which open at ∆P = ∆P c . From the point of view of the plant physiology, this work presents a basic understanding of the physics of bordered pits.

Le bois est couramment utilisé pour la fabrication d’instruments de musique. Les procédés employés consistent souvent en traitements modifiant le matériau en volume ou en surface. Ce travail s’est focalisé sur deux espèces employées dans les instruments à cordes et représentatives de différentes cultures: L’épicéa (Picea abies Karst.) utilisé en Europe et le Mûrier blanc (Morus alba L.) utilisé en Iran. Pour chacune l’effet d’un traitement thermique modéré (<150°C) et d’un revêtement par vernis sur plusieurs propriétés physiques et mécaniques ont été étudiés. Les principaux résultats sont les suivants. A la différence de l’Epicéa, le Mûrier présente un très faible degré d’anisotropie mécanique. Chez les deux espèces, le traitement thermique entraîne une forte chute dde l’amortissement, particulièrement dans la direction radiale pour l’Epicéa, ainsi que du taux d’humidité d’équilibre, sans dégradation marquée comme indiqué par la faible perte de masse. Toutefois, après reconditionnement à haute humidité, une part importante de la modification est récupérée. L’application d’un vernis à base solvent sur le Mûrier entraîne une rigidification continue, tandis que la forte augmentation de l’amortissement observée après l’application est suivie par un retour au bout d’environ 2 mois aux niveau du bois non traité. Pour l’Epicéa, des vernis à base d’huile siccative ont été appliqués et divers paramètres du procédé ont été testé. Dans ce cas la cintétique de stabilisation des propriétés est très lente et des variations notables continuaient à être observée au bout de 5 mois. / Wood is commonly used for making musical instruments. During the process it is often subjected to treatments, that either modify its volume or its surface properties. Two species used for for string instruments were studied, representative of different cultures: Spruce (Picea abies Karst.) used in Europe and White Mulberry (Morus alba L.) used in Iran. For each of them the effect of thermal treatment at moderate temperature (<150°C) and of coating on various physical and mechanical properties was studied. The main results are as follows. In contrast to Spruce, Morus has a very low degree of mechanical anisotropy. For both species, thermal treatment induces a strong decrease in damping, especially in R direction for Spruce, and equilibrium moisture content, without marked degradation as indicated by the very small weight loss. However, after reconditioning at high humidity, a significant part of the changes is recovered. The application of a solvent-based varnish on Morus induces a continuous stiffening, while a very strong increase in damping after application is followed, after about 2 months, by a return to values close to those of untreated wood. For Spruce, siccative oil based varnish was applied and several parameters of the process were tested. In this case, the kinetics of property stabilisation are very slow and significant changes were still observable after 5 months.

L'alliage AA2198 est un alliage à durcissement structural qui est principalement utilisé pour des applications aéronautiques. La phase anisotrope T1 - Al2LiCu est la principale phase durcissante dans ce système. L'objectif de cette étude est de comprendre les mécanismes de durcissement, en termes d'interaction dislocations/précipités, associés à la phase T1 qui précipite sous forme de plaquettes. La première étape consiste au développement d'une méthode de caractérisation adaptée à la phase T1 (caractérisation du diamètre, de l'épaisseur et de la fraction volumique des plaquettes). Le traitement thermomécanique est ajusté afin de varier les paramètres de la phase T1 de manière indépendante et la limite d'élasticité est systématiquement mesuré ce qui permet de mieux comprendre le lien entre la microstructure de T1 et la limite d'élasticité. La base de données expérimentale qui est générée permet de tester et d'améliorer les modèles de limite d'élasticité existants. Une approche énergétique du mécanisme de cisaillement permet de modéliser de manière précise la limite d'élasticité pour un grand nombre de microstructures. Le mécanisme de cisaillement permet d'expliquer la décroissance en limite d'élasticité après le pic de durcissement. L'observation des phénomènes de plasticité associés à la phase T1, par l'étude des bandes cisaillements et du comportement en écrouissage, est la dernière étape de ce travail. L'ensemble des résultats permet d'identifier une transition cisaillement/contournement qui intervient longtemps après le pic de durcissement. / The age-hardening AA2198 alloy is mainly used in aeronautic applications. The anisotropic T1 - Al2LiCu phase gives the main contribution to strengthening in this system. The main objective of this study is to understand the strengthening mechanisms in terms of interactions between the dislocations and the T1 plate-like precipitates. The first step consists in the development of a characterization procedure adapted to the T1 phase (characterization of the diameter, thickness and volume fraction of the T1 plates). The thermo-mechanical treatment is adapted in order to vary the T1 parameters independently and the yield strength evolution is systematically measured and that permits the investigation of the relationship between the T1 microstructure and the yield strength variations. The experimental data base that is generated allows testing and improving the existing yield strength models. An energetic approach of the shearing mechanisms is used to model precisely the yield strength evolution for a high number of microstructures. The decrease in yield strength after the peak is solely explained by invoking the shearing mechanism. The investigation of the plasticity phenomenon associated to the T1 phase, with the study of the shear bands and of the work hardening behavior, is the last step of this work. A shearing-to-by-passing transition is found to occur for long-over ageing times.