Doctorat en philosophie et lettres / info:eu-repo/semantics/nonPublished

L'objectif de ce travail était d'élaborer un matériau à gradient de propriétés fonctionnelles (MGF) W/Cu afin de remplacer la couche de compliance (Cu-OFHC) dans les composants face au plasma des machines de fusion thermonucléaire de type ITER. La particularité de ce travail étant de réaliser ces matériaux sans dépasser la température de fusion du cuivre dans le but de contrôler la microstructure des matériaux. Le cofrittage est la solution la plus attractive pour les réaliser. La première étape du travail a donc été de diminuer la température de frittage du tungstène afin de réaliser ce cofrittage. La mise en forme d'un MGF continus étant délicat, des calculs thermomécaniques ont été réalisés afin de déterminer le nombre et la composition chimique des couches W-Cu pour augmenter la durée de vie des CFPs. Les conditions de frittage par Spark Plasma Sintering ont été optimisées afin d'avoir une densité maximale des monomatériaux WxCu1-x. L'influence de la teneur en cuivre et de la densité des monomatériaux sur les propriétés thermiques et mécaniques a été étudiée. Les conditions de frittage SPS des monomatériaux ont été appliquées sur des assemblages W/CuCrZr composés de plusieurs couches intercalaires. L'importance du temps d'assemblages pour l'intégrité de ceux-ci a été mise en évidence. L'étude du temps de palier lors des assemblages W/CuCrZr a permis d'identifier un paramètre permettant de qualifier l'intégrité de l'assemblage quelle que soit la composition et la nature de la couche de compliance. De plus, les phénomènes associés à la formation des interfaces de l'assemblage ont été identifiés. L'interface W/WxCu1-x est formée par l'extrusion du cuivre de la couche WxCu1-x dans les porosités du tungstène. L'interface WyCu1-y/CuCrZr est formée par la migration du cuivre de la couche CuCrZr dans la couche WyCu1-y. Enfin l'optimisation des conditions d'assemblage a montré que les contraintes mécaniques dues à la densification du Matériau à gradient de Propriétés Fonctionnelles pouvaient être limitées en frittant préalablement ce matériau. / The objective of this study was to develop a Functionally Graded Material (FGM) W / Cu to replace the compliance layer (Cu-OFHC) in the plasma facing components of thermonuclear fusion reactor like ITER. The peculiarity of this work is to elaborate these materials without exceeding the melting temperature of copper in order to control its microstructure. The co-sintering is the most attractive solution to achieve this goal.The first phase of this study has been to decrease the sintering temperature of the tungsten to achieve this co-sintering. The elaboration of a Functionally Graded Materials being delicate, thermo-mechanical calculations were performed in order to determine the number and chemical composition in order to increase the lifespan of Plasma Facing Components. Spark Plasma Sintering conditions were optimized in order to achieve maximum density of WxCu1-x composites. The effect of copper content and density of the WxCu1-x composites on thermal and mechanical properties was investigated. The SPS conditions were applied for W/CuCrZr assemblies with a compliance layer composed of several interlayers. The importance of time for the integrity of assemblies thereof has been highlighted.The study of the dwell time during W/CuCrZr assembly leads to identify a parameter to characterize the integrity of the interface regardless of the composition and the nature of the layer of compliance. Moreover, the phenomena associated with the formation of the interface assembly have been identified. The interface W/WxCu1-x is formed by the extrusion of the copper layer of the WxCu1-x inside the tungsten porosities. The WyCu1-y/CuCrZr interface is formed by copper migration of CuCrZr layer inside the WyCu1-y layer. Finally optimization assembly conditions showed that the mechanical stresses due to the densification of the Functionally Graded Materials can be limited by sintering the FGM before the assembly.

Le Sahel, milieu compris entre le Sahara et la forêt soudanienne, subit actuellement de grands bouleversements environnementaux. Depuis les sécheresses des années 1970-1980 et la forte croissance démographique, le couvert végétal s’est considérablement dégradé, contribuant à l’augmentation du ruissellement et à l’érosion des sols. À partir de ce constat, nous avons entrepris l’étude des sociétés passées de la région de Niamey afin d’évaluer leur impact sur le milieu. Le manque de données archéologiques a nécessité de recenser les principaux indices d’occupation au cours du Néolithique et de l’Âge du fer. Outre l’apport de nouvelles datations pour le site de Kirkissoy, une étude sédimentaire a été réalisée sur un paléo-chenal du fleuve Niger et de nouveaux sites ont été identifiés. Pour l’Âge du fer, des sites d’habitat et plus de 5000 bas fourneaux à usage unique ont été cartographiés. Ils témoignent d’une activité métallurgique comprise entre le 4e et le 14e siècles AD. Les études typologique et spatiale des structures de réduction ont révélé l’existence de différents types de bas fourneaux et d’une répartition spatiale liée au contexte géomorphologique et à la gestion de l’espace de travail. L’étude d’un parcellaire sur les plateaux, associé à ces bas fourneaux, a mis en évidence une activité agricole autour de l’an mil. Le bilan de ces données archéologiques a été mis en parallèle avec les données environnementales acquises par l’étude d’un remplissage sédimentaire. Au cours des quatre derniers millénaires, la région de Niamey et le Sud-ouest du Niger ont été marqués par des changements environnementaux et sociétaux qui ont provoqué une discontinuité de l’occupation humaine. / The Sahel, a zone between the Sahara Desert and the Sudan forests, is currently experiencing major environmental changes. Since the droughts in 1970s and 1980s, and with the high population growth rate, vegetation cover has deteriorated considerably, contributing to increased runoff and soil erosion. Starting from this observation, we undertook the study of past societies in the Niamey region, to assess their impact on the environment. The lack of archaeological data meant that it was necessary to identify key indicators of occupation during the Neolithic and the Iron Age. In addition to providing new evidence to date the Neolithic site of Kirkissoy, a sedimentary study was conducted on a palaeochannel of the River Niger and new sites were discovered on the left bank. For the Iron Age, several habitat sites were identified and more than 5,000 single use bloomery furnaces were mapped. They provide evidence of metallurgical activity from the 4th to 14th centuries AD. Typological and spatial analysis show the existence of several types of furnaces and their spatial distribution is linked to workspace management and the geomorphological context. As well as these bloomery furnaces, an agricultural system with plot boundaries was identified and studied on the lateritic plateaus of Louguel. It shows intensive agricultural activity around the year one thousand. These archaeological data are compared with environmental data obtained by the study of the sedimentary record. Over the past four thousand years, the Niamey region and southwestern Niger have been marked by environmental and societal changes, resulting in discontinuous human occupation.

Les propriétés finales des alliages métalliques sont directement liées à la microstructure de fin de mise en forme. Les mécanismes de recristallisation dynamique (DRX) et post-dynamique (PDRX) jouent un rôle important sur les évolutions microstructurales intervenant pendant et après les étapes de déformation à chaud. Dans ce contexte, un défi majeur pour les industriels et les chercheurs est de prédire la microstructure obtenue en fonction des conditions de mise en forme. Cela implique de bien connaître les mécanismes de DRX et PDRX et leur cinétique. Les modèles en champ complet permettent de modéliser explicitement la microstructure des alliages métalliques et ses possibles évolutions à l’échelle du polycristal. Ces modèles sont précis comparativement aux modèles œuvrant aux plus grandes échelles, mais ils sont généralement très couteux en termes de temps de calcul. Les modèles à champ moyen sont quant à eux basés sur une description implicite de la microstructure, conduisant à des temps de calcul considérablement réduits, mais ils reposent sur un grand nombre d’hypothèses, notamment topologiques. Cette thèse propose un nouveau modèle champ complet de DRX/PDRX et croissance de grains, capable de fonctionner en 2D comme en 3D, et une nouvelle approche en champ moyen, s'appuyant sur ces simulations en champ complet. La nouvelle approche champ moyen prend notamment mieux en compte les effets topologiques pour une meilleure prédiction des distributions de tailles de grains. Ce travail inclut une procédure de calibration et une validation des deux modèles s'appuyant sur une campagne d’essais expérimentaux sur un acier austénitique 304L. / Final properties of metal alloys are directly related to their microstructure, inherited from the processing route. Dynamic (DRX) and post-dynamic recrystallization (PDRX) mechanisms play a primordial role in microstructure evolutions occurring during and after hot-deformation. Within this context, predicting microstructures depending on the applied thermomechanical conditions is a major challenge for both industrials and researchers. This requires a good knowledge of recrystallization mechanisms and kinetics. Full field models are based on an explicit description of the microstructure of a metallic alloy, and its possible evolutions at a polycrystalline scale. These models are accurate compared to models operating at larger scales, but they generally lead to prohibitive numerical costs. On the other hand, mean field models are based on an implicit description of the microstructure, leading to considerably reduced numerical costs, but they are based on many assumptions, notably with regards to topology. The outcome of this PhD work is a new full field model of DRX/PDRX and grain growth, working in 3D as well as in 2D, and a new DRX/PDRX mean field approach which better accounts for topological effects, and provides better predictions for grain size distributions. This work also includes a calibration procedure and a validation of these two new models, using experimental data obtained from compression tests performed on the 304L austenitic steel.

Les procédés thermochimiques solaires étudiés concernent la conversion de charges hydrocarbonées solides ou gazeuses en syngas, ainsi que la réduction d’oxydes en métaux en utilisant l’énergie solaire concentrée pour effectuer les réactions endothermiques, permettant ainsi le stockage de l’énergie solaire intermittente en carburants sans émissions de CO2. Ce travail a pour objectif l’étude expérimentale de trois procédés solaires incluant la gazéification de biomasse, le reformage de méthane en boucle chimique, et la carboréduction de ZnO et MgO. La gazéification et le reformage permettent la valorisation de biomasse bois et de méthane en syngas, tandis que la carboréduction permet de produire Zn et Mg à partir de ZnO et MgO. Ces procédés ont été étudiés dans des réacteurs solaires de 1.5 kWth, en utilisant le rayonnement concentré fourni par des systèmes à concentration du laboratoire PROMES, Odeillo, France. L’impact des paramètres opératoires de chaque procédé sur les mécanismes réactionnels, conversion, rendement, et performances énergétiques a été évalué en détail. Ces procédés ont permis d’améliorer la conversion chimique, les rendements en syngas, les efficacités énergétiques tout en permettant un stockage de l’énergie solaire en combustibles transportables, avec des performances globales supérieures aux procédés conventionnels. De plus, leur faisabilité, fiabilité et robustesse pour la conversion de méthane et biomasse en syngas et la production de Mg et Zn en fonctionnement batch ou continu sous pression réduite ou atmosphérique en conditions solaires réelles ont été démontrés. / The investigated solar thermochemical processes consist of the thermochemical conversion of solid and gaseous carbonaceous feedstocks into syngas as well as metal oxides reduction into metal commodities utilizing concentrated solar energy to drive endothermic chemical reactions, thereby enabling intermittent solar energy storage into solar fuels and avoiding CO2 emissions. This work aims to experimentally investigate three key solar thermochemical conversion approaches regarding biomass gasification, chemical looping reforming of methane, and carbothermal reduction of ZnO and MgO. Solar gasification and solar chemical looping reforming allowed valorizing wood biomass and methane into syngas, while solar carbothermal reduction was applied to produce Zn and Mg from ZnO and MgO. Such solar thermochemical processes were performed in 1.5 kWth prototype solar chemical reactors, utilizing highly concentrated sunlight provided by a solar concentrator at PROMES laboratory, Odeillo, France. The impact of controlling parameters of each process on the reaction mechanism, conversion, yields, and process performance, during on-sun testing was investigated and evaluated thoroughly. Such processes were proved to significantly improve the chemical conversion, syngas yields, energy efficiency, with solar energy storage into transportable fuels, thereby outperforming the conventional processes. Moreover, their feasibility, reliability, and robustness in converting both methane and biomass feedstocks to syngas as well as producing Mg and Zn metals in batch and continuous operation under vacuum and atmospheric conditions during on-sun operation were successfully demonstrated.

Dans le cadre du développement de matériaux de gainage combustible pour les réacteurs à neutrons rapides refroidis au sodium (RNR-Na), cette étude s’intéresse au développement d’un procédé innovant d’élaboration d’aciers renforcés par dispersion d’oxyde (aciers ODS) par mécanosynthèse qui doit éviter l’apparition de précipités de tailles micrométriques indésirables dont la présence dégrade drastiquement les propriétés mécaniques. Ce nouveau procédé consiste à introduire directement des nanoparticules d’oxydes de structure pyrochlore Y2Ti2O7 dans une poudre métallique Fe-Cr via un broyage. Pour cela, un procédé de synthèse des oxydes de structure pyrochlore Y2Ti2O7 par co-broyage des poudres nanométriques Y2O3 et TiO2 a d’abord été mis en place au laboratoire. L’optimisation des conditions de broyage a permis d’obtenir une poudre nanostructurée de nature voulue et de grande pureté. Grâce au produit obtenu, la gamme de fabrication innovante d’aciers ODS proposée a pu être développée puis validé, à petite échelle puis à l’échelle semi-industrielle. Ce nouveau procédé a été utilisé pour étudier l’impact des conditions de broyage et de la composition chimique sur les caractéristiques des matériaux produits, et a permis d’établir le lien entre conditions d’élaboration, microstructure et propriétés mécaniques. Cette étude permet d’abord de valider le mode d’introduction des renforts sous la forme Y2Ti2O7 comme une méthode efficace pour l’obtention d’aciers ODS performants. De plus, elle révèle l’importance des conditions d’élaboration, et en particulier du broyage, sur la microstructure et les propriétés mécaniques des aciers ODS. Les résultats mis en avant ouvrent des perspectives prometteuses en ce qui concerne l’optimisation des conditions d’élaboration des aciers ODS. / This study concerns the development of an innovative manufacturing process for oxidedispersion strengthened steel (hereafter referred to as “ODS”) by mechanosynthesis. As part of materials development for Sodium-cooled Fast Reactors (SFR), the aim is to prevent the growth of undesirable micrometric precipitates which can drastically degrade steel’s mechanical properties. This new process introduces Y2Ti2O7 pyrochlore oxide nanoparticles directly into Fe-Cr metallic powder through mechanical milling. To achieve this, a process has been set up to synthesize Y2Ti2O7 pyrochlore oxides via mechanical alloying of nanosized Y2O3 and TiO2 powders. Optimization of the milling parameters enabled the production of a pure nanostructured powder of the desired nature. Thereafter, the innovative ODS steel manufacturing process was validated on a small and then semiindustrial scale. This new process was used to study the impact of milling parameters and chemical composition on the produced material’s features and enabled the establishment of a link between milling conditions, microstructure and mechanical properties. This study first enables the validation of the method of introducing precipitates in the form of Y2Ti2O7 oxides as an efficient way to obtain competitive ODS steel. Moreover, it reveals the importance of the features of the manufacturing process, particularly milling conditions, on the microstructure and mechanical properties of ODS steel. The results reveal promising perspectives concerning the features of ODS steel manufacturing.

Le présent travail de recherche a commencé lorsque le projet de télescope à miroir liquide pour un observatoire lunaire a reçu le soutien du NIAC (NASA Institute for Advanced Concepts), un organisme qui appuie des projets qui sont novateurs dans le domaine de la technologie spatiale susceptibles d'être intégrés aux programmes de l'agence spatiale américaine (NASA). Les conditions sur le sol lunaire, spécifiquement le vide conséquent à l'absence d'atmosphère, nous ont amené à opter pour la technique d'évaporation sous vide. Dans ce procédé, le métal, l'argent dans notre cas, est chauffé sous vide dans une source. La vapeur résultante s'échappe de la source et va se condenser sur le liquide substrat. Une étape importante a été franchie lorsque j'ai réussi à déposer un film d'argent, de bonne qualité de surface et de réflectivité, sur un liquide ionique hydrophile (les expériences que j'ai menées jusqu'ici, montrent que les dépôts ont réussi uniquement sur les liquides hydrophiles). Grâce aux caractéristiques physiques et chimiques exceptionnelles de cette classe de liquide, la faisabilité du projet d'un télescope sur la lune a été démontrée en trouvant le liquide qui pouvait être utilisé dans l'environnement lunaire. La nucléation et la croissance du film métallique sur le substrat liquide sont gouvernés par les énergies de surface du film et du liquide. Comme l'énergie de surface du film métallique est supérieure à celle du substrat liquide, le principe de minimisation de l'énergie de surface impose que le film se forme à partir d'agrégats qui vont s'agrandir au cours de sa croissance. Tout l'enjeu ici est de pouvoir minimiser la croissance des agrégats pour diminuer la granularité du film résultant. Pour cela il faut maximiser la densité de nucléation, ainsi le film sera formé à partir d'agrégats de petite taille présents en très grands nombres sur la surface. Par ailleurs, l'analyse par absorption atomique a révélé que lors de l'évaporation de l'argent, une partie des atomes du métal diffusait à travers la surface pour finir dans le volume du liquide. Cette diffusion contribue à appauvrir la surface du liquide des atomes d'argent et ainsi diminue le nombre d'agrégats stables sur celle-ci. Il en résulte alors une diminution de la densité de nucléation. Pour augmenter la densité de nucléation, il faut contrecarrer la diffusion à travers la surface. Une approche que j'ai utilisée consistait à évaporer une couche intermédiaire de chrome ou d'aluminium, deux métaux plus réactifs que l'argent, pour réaliser une membrane métallique sur le liquide. Par la suite et voyant que l'efficacité de la couche intermédiaire métallique à empêcher la diffusion de l'argent était limitée, à cause des énergies de surface élevées des métaux qui la formaient, j'ai entrepris d'évaporer sous vide un matériau non métallique pour réaliser la couche intermédiaire. Le film d'argent évaporé sur la membrane non métallique ainsi formée avait une réflectivité qui dépassait 90%. Ce qui montre que la diffusion à travers la surface contribuait à minimiser la qualité des films produits. Tous ces aspects de mon travail de recherche à savoir : évaporation sous vide d'un métal sur un liquide, sur une couche intermédiaire métallique (chrome ou aluminium) ou sur une couche intermédiaire non métallique (polymère et autres) seront vus en détail dans le présent document. J'ai aussi exposé tout au long de ce dernier mes observations faites lors de mes nombreuses expériences d'évaporation, les difficultés auxquelles j'ai fait face lors de celles-ci et lors de la caractérisation des résultats ainsi que les solutions que j'ai envisagées ; cela dans la perspective que le présent document puisse servir comme point de départ à toute personne qui aura à poursuivre le présent travail de recherche. / This research started when the "liquid mirror telescope" project for a lunar observatory received support from the NIAC (NASA Institute for Advanced Concepts), an organization that supports projects that are innovative in the field of space technology and have a high potential to be integrated into the programs of the U.S. space agency (NASA). Conditions on the lunar surface and specifically the vacuum which results from the lack of atmosphere, have led us to choose the technique of vacuum evaporation. In this process, metal, silver in our case, is heated in a source under vacuum. The resultant vapour leaves the source and reaches the liquid substrate where it condenses. An important issue has been resolved when I have successfully deposited a silver film of good surface quality and reflectivity on a hydrophilic ionic liquid (the experiments I have conducted so far show that the deposition has succeeded only on the hydrophilic liquid). Due to physical and chemical characteristics of this unique class of liquid, the feasibility of a telescope on the moon has been demonstrated by finding the liquid that could be used in the lunar environment. The nucleation and growth of a metal film on the liquid substrate is governed by the surface energies of the film and the liquid. Since the surface energy of the metal film is greater than that of the liquid substrate, the principle of surface energy minimization imposes that the film forms from aggregates. These aggregates grow in size as the film grows. The challenge here is to minimize the growth of aggregates to reduce the granularity of the resulting film. To achieve this, we must maximize the density of nucleation. Thus, the film will be formed from aggregates of small size present in very large numbers on the surface. Furthermore, the analysis by atomic absorption revealed that, during the evaporation of silver, a part of silver atoms diffuses through the surface and ends up in the liquid volume. This diffusion contributes to reducing the amount of silver atoms on the liquid surface and consequently to decrease the number of stable aggregates on the surface. It follows then a drop in the nucleation density. To increase the nucleation density, one must prevent the diffusion through the surface. To do so, the first mean I used was evaporating an intermediate layer of chromium or aluminum, two metals more reactive than silver, to produce a metallic membrane on the liquid. However, the efficiency of the intermediate metallic layer to prevent the diffusion of silver was not sufficient. This was due to the high surface energies of the metals which form the layer. Therefore, in order to improve its efficiency, I began to use a non-metallic material for making the intermediate layer. The silver film deposited on the non-metallic membrane thus formed had a reflectivity that exceeds 90%. This shows that the diffusion through the surface reduces the quality of the produced films. All those aspects of my research : vacuum evaporation of a metal on a liquid, on a metallic intermediate layer (chromium or aluminum), or on a non-metallic intermediate layer (polymer and others) will be seen in detail in this document. I also exposed throughout the latter the observations I made during my many evaporation experiences, the difficulties I faced during the experiments and the characterization of the results and the solutions that I adopted. This in view that this thesis can serve as basis for any person who will continue this research work.

Titre de l'écran-titre (visionné le 5 juin 2023) / La fabrication additive (impression 3D) par fusion sélective au laser (FSL) permet de concevoir des pièces de géométries complexes en utilisant une large gamme de poudres métalliques. Cependant, la performance mécanique de ces pièces est affectée par trois facteurs : les porosités, l'anisotropie de la microstructure et les contraintes résiduelles (CR). À ce jour, l'inspection aux ultrasons pour le contrôle immédiat de la qualité des pièces n'a pas fait l'objet d'une étude systématique et complète. Ce projet de recherche a permis de développer des méthodologies aux ultrasons permettant de révéler et de quantifier la présence de défauts dans les pièces métalliques produites par fusion sélective au laser. D'abord, des échantillons d'acier (316L) et de titane (Ti-6Al-4V) de différentes densités, tailles de porosité et orientations granulaires ont été fabriqués en variant la vitesse et l'espacement entre les passes du laser. Ensuite, des échantillons porteurs de différents niveaux de contraintes internes ont été fabriqués en faisant varier la température du lit de déposition. Finalement, tous les échantillons ont été analysés aux ultrasons (vélocité, atténuation et fréquence de référence), ont fait l'objet d'une étude métallographique complète et ont été analysés par rayons X (niveau de CR). Les résultats de ces travaux ont démontré que l'analyse par ultrasons des pièces imprimées par FSL en acier et en titane était possible, et ce avec des fréquences ultrasonores allant de 5 MHz à 20 MHz. L'approche systématique utilisée a permis d'identifier et de quantifier les caractéristiques ultrasonores qui sont modifiées par les défauts métallurgiques présents dans des pièces issues de FSL. De plus, une corrélation a été établie entre les signatures ultrasonores et la masse volumique des échantillons. Cette étude permet de confirmer l'intérêt d'intégrer des pièces étalons issues de la fabrication additive dans le processus d'inspection aux ultrasons de pièces d'acier inoxydable et de titane issues elles aussi de procédés de fabrication additive. / The process of additive manufacturing (3D printing) by selective laser melting (SLM) enables the design of geometrically complex parts from a wide variety of alloys. However, their mechanical performance is impacted by the three following factors: porosity, microstructure anisotropy, and residual stress. Today, ultrasonic inspection for in-situ quality control of 3D-printed parts has not been subject to a systematic and comprehensive study. This project allows the development of a methodology using ultrasounds that reveals and quantifies metallurgic flaws inside parts manufactured by SLM. At first, samples of steel (316L) and titanium (Ti-6Al-4V) were produced by SLM at various densities, pore sizes, and grain orientations. These characteristics were obtained by varying the manufacturing speed and space between each path of the laser. Then, samples with different residual stress levels were produced by varying the build platform temperature. Finally, all the samples were analyzed with ultrasounds (velocity, attenuation, frequency), and were subject to a complete metallographic and X-ray study (residual stress). The results showed that the ultrasonic inspection of steel and titanium SLM parts was possible by using inspection frequencies between 5 MHz and 20 MHz. This systematic method revealed and quantified the ultrasonic characteristics affected by the metallurgic flaws contained in the SLM samples. Correlations between ultrasonic signature and density of samples were revealed. Overall, this study confirms the relevance of preliminary studies with standards made of metal parts produced by additive manufacturing, for the development of ultrasound-based nondestructive inspection procedures adapted to 3D-printed metal parts.

Le présent travail concerne l’intégration de la modélisation du matériau et du procédé dans le design et l’optimisation d’une composante de train d’atterrissage d’avion fabriquée par forgeage à chaud en collaboration avec la société Héroux-Devtek. Pour mener à bien cette tâche, un travail d’investigation des différents aspects du matériau, du procédé et des techniques de modélisations numériques a été effectué. Une caractérisation des propriétés mécaniques et métallurgiques de l’alliage d’aluminium 7175 sous différentes conditions a été réalisée, ce qui a conduit à une meilleure connaissance du comportement de cet alliage notamment dans les conditions de forgeage. Le modèle de comportement de Johnson-Cook a été caractérisé et utilisé pour les simulations des différents cas d’analyse. Une investigation au niveau de l’intégration de l’effet de la microstructure dans le modèle de comportement a été faite. Cette étude a conduit à considérer le modèle de Johnson-Cook modifié qui a la particularité de prendre en compte les effets de la recristallisation dynamique dans le modèle d’écoulement du matériau. Une meilleure précision est obtenue en comparaison avec le modèle de Johnson-Cook standard pour des simulations impliquant de hauts niveaux de déformation. De plus, une investigation au niveau des plus récents outils de simulation a été effectuée. Une étude comparative des formulations CEL (Couplage Eulérien-Lagrangien) et SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics) vis-à-vis de la méthode classique des ÉF (éléments finis) a permis de classifier les différentes approches selon leurs performances relatives lors des simulations du forgeage de pièces complexes en grandes transformations (écoulement de matière très important). Pour pouvoir utiliser la formulation SPH interne à Abaqus dans le cas de couplage thermomécanique, il a fallu développer un VUMAT («user ’s material») thermomécanique. Une contribution a été apportée au niveau de la méthode SPH pour la simulation plus précise du forgeage, d’abord en extensionnant un code SPH maison afin qu’il puisse résoudre des problèmes thermomécaniques couplés en grandes déformations et ensuite en transformant le code SPH en un élément de l’usager («user’s element») via l’utilitaire VUEL d’Abaqus en formulation Lagrangienne totale. En guise de validation, nous avons réalisé des travaux autant de nature numérique qu’expérimentale. Au niveau numérique, les résultats obtenus avec le code maison ont été validés par comparaison avec les résultats obtenus avec le code commercial Abaqus. Par ailleurs afin d’atteindre l’objectif principal d’intégration de la modélisation du matériau et du procédé, une méthodologie d’analyse appropriée a été développée et validée expérimentalement en concevant et en fabriquant par forgeage, un prototype représentatif de la pièce industrielle. Mots-clés : Forgeage à chaud, train d’atterrissage, caractérisation, alliages d’aluminium, Johnson-Cook, recristallisation dynamique, Abaqus, ÉF, CEL, VUMAT, VUEL SPH, formulation Lagrangienne totale, code SPH. / The present work deals with the development of an integrated material and process modeling methodology for the design and optimization of an aircraft landing gear component manufactured using hot forging process in collaboration with Héroux-Devtek. To carry out this work, an investigative work of the different aspects of the material, process and numerical modeling techniques is performed. A characterization of mechanical and metallurgical properties of the aluminum alloy 7175 under various conditions has been done and the work allowed to better know the behavior of this alloy particularly in our forging conditions. The Johnson-Cook constitutive model was characterized and used for simulations of various processes analysis. An investigation about the integration of the effect of the microstructure in the material behavior law was realized. This study led one to consider a modified Johnson-Cook model that can take account of the effects of dynamic recrystallization during the material flow. A greater accuracy was obtained in comparison with the standard Johnson- Cook model for simulations involving high strain levels. An investigation about the simulation tools was also performed. A comparative study of CEL (Coupling Eulerian-Lagrangian) and SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics) formulation with the finite elements method (FEM) allowed to classify the different methods according to their performance in the simulations of complex forged part involving large deformations (very important material flow). To use the SPH formulation existing in Abaqus for the simulation of coupled thermomechanical problems, it was first necessary to develop a thermomechanical VUMAT (user’s material) subroutine. For more accurate simulation of forging process, a contribution was made regarding the SPH method. To do this, an independent in-house SPH code and an ABAQUS VUEL (user’s element) subroutine based on the total Lagrangian formulation of solid mechanic’s equations were developed. For validation purposes, both numerical investigations and experimental works were accomplished. Regarding the numerical simulation, the results obtained with the in-house code were validated by comparing them with results obtained using the Abaqus FE commercial code. Moreover, in order to achieve the main objective of integrated material and process modeling for the product design, a suitable methodology was developed and validated experimentally by designing and manufacturing by the closed die hot forging process, a representative prototype of the industrial part. Keywords: Hot forging, landing gear, aluminum alloys, Johnson-Cook, dynamic recrystallization, Abaqus, FE, CEL, VUMAT, VUEL SPH, total Lagrangian formulation, SPH code.

L'objectif de cette étude est de développer un simulateur d'un circuit de lixiviation de l'or afin d'évaluer les bénéfices de combiner la réconciliation de données, la commande et l'optimisation sur la performance technique et économique du circuit. Le modèle qu'utilise ce simulateur se base sur les bilans de conservation de matière des différentes espèces, tandis que les modèles de cinétique de dissolution du cyanure, de l'or solide et de l'oxygène sont empiriques. Des algorithmes de réconciliation de données ont été élaborés pour des régimes d'opération stationnaire et statique. La réconciliation de données stationnaire sert d'outil de filtrage pour alimenter les boucles de contrôle, alors que la réconciliation de données statique génère les données pour l'optimisation. La stratégie de commande développée fait appel à la rétroaction pour la régulation des concentrations de cyanure ainsi qu'à l'anticipation des perturbations comme les cyanicides. L'optimisation est effectuée en temps réel et calcule des consignes pour les contrôleurs en maximisant un critère économique. L'effet de la longueur de la fenêtre temporelle utilisée pour moyenner les données ainsi que la période d'actualisation des consignes sur la performance économique du circuit de lixiviation sont abordés. Le gain apporté par la combinaison de la réconciliation de données statique et de l'optimisation est aussi évalué.