Le procédé de galvanisation en continu consiste à recouvrir les tôles d'acier d'un revêtement de zinc en les immergeant dans un bain métallique fondu. Lors du recuit continu à 800 °C sous atmosphère N2-H2 qui précède l'immersion de la tôle dans le bain, la structure de l'acier est recristallisée et les oxydes de fer sont réduits. Il se produit en même temps la ségrégation et l'oxydation des éléments d'alliages moins nobles que le fer qui peut être à l'origine de défauts de revêtement. A fin de mieux comprendre les réactions d'oxydation sélective qui se produisent à la surface et en profondeur de l'acier, nous avons étudié la germination et la croissance d'oxydes sélectifs sur un acier ferritique. La germination des précipités a lieu à une température voisine de 700 °C. L'analyse du comportement géométrique moyen des particules externes formées en surface met en évidence la croissance des précipités au cours du recuit. Le diamètre des particules augmente tandis que leur densité surfacique diminue. Les oxydes formés sont principalement MnO, SiO2, Mn2SiO4, MnAl2O4 et B2O3. L'orientation des plans joue un rôle important sur l'oxydation externe. La germination est observée sur des surfaces {111} puis sur des surfaces {100}. L'énergie de surface, différente d'un plan cristallin à l'autre, intervient dans ce mécanisme. On observe une différence notable sur le comportement géométrique des précipités entre les principaux plans cristallins du fer. La croissance des précipités est plus avancée (la densité surfacique des précipités est faible et leur diamètre équivalent est grand) sur les plans {111} et {211} que sur les plans {110}. Le plus grand nombre de petites particules est obtenu sur les plans {100}. Un modèle simplifié adapté aux profils de concentrations en manganèse et en silicium en profondeur permet de déterminer les coefficients de diffusion de Mn et Si caractéristiques de l'oxydation sélective de notre acier. Les valeurs des coefficients de diffusion apparents obtenus prennent en compte la diffusion dans les joints de grains et dans les dislocations, présents en grand nombre dans l'acier initialement laminé à froid. / Continuous galvanizing process involving immersion in a molten zinc bath is commonly used to form zinc coatings on steel sheets. Before hot-dip galvanizing, the steel sheets are annealed at a temperature of 800 °C in a N2 atmosphere containing 5 vol.% of H2, with only traces of water. This heat treatment is used to recrystallize the steel substrate and to reduce the iron oxides in order to improve the wettability by liquid zinc. At the same time, the less-noble alloying elements of the steel preferentially oxidize and di_use towards the surface. The aim of this study is a better understanding of selective oxidation of ferritic steels. Nucleation is observed at a temperature of 700 °C. The measurements of the geometrical characteristics of the precipitates show that their diameter increases and the number of precipitates per unit surface area decreases during annealing. The oxide particles are found to be composed of MnO, SiO2, Mn2SiO4, MnAl2O4 and B2O3. External oxidation is also dependent on the crystallographic orientation of the substrate. Nucleation on {111} faces takes place earlier than nucleation on {100} faces. Surface energies can explain this observation. There is a difference in geometrical characteristics of the external particles on grains of main planes of body-centered cubic iron substrate. Growth on {111} and {211} orientation planes is ahead (surface density is lower and equivalent diameter is higher) of growth on {110} grains. The smallest number of particles is found on {100} grains. Diffusional information are calculated from obtained depth concentration profiles by means of simple models. Calculated global diffusion coefficients take into account diffusion in grain boundaries and in dislocations. Cold rolling steels contain lots of these easy paths of diffusion.

Cette thèse est axée sur la caractérisation microstructurale des précipités dans les oxydes des alliages binaires de zirconium (1 wt.% Fe, Cr , Ni ou 0.6 wt.% Nb). La température d'oxydation est fixée au 415°C. Les échantillons sont oxydés dans l'air et dans l'autoclave sous des pressions différentes et dans un microscope électronique à balayages environnemental sous vapeur d'eau. Les résultats des recherches peuvent être résumés ci-dessous : -Deux types d'oxydation (retardée et non retardée) ont été observés pour les précipités. -Le facteur de Pilling-Bedworth des précipités est plus élevé par rapport à celui de zirconium. -Les précipités contenant du fer entrainent une formation des cristaux de l'oxyde de fer pur à la surface du matériau, quand les précipités sont à la surface ou à la proximité. Ces observations mènent à la conclusion que le comportement d'oxydation des précipités peut être corrélé à leurs compositions et à la tendance d'oxydation de leurs éléments constituants.

Le procédé de galvanisation en continu consiste à recouvrir les tôles d'acier d'un revêtement de zinc en les immergeant dans un bain métallique fondu. Lors du recuit continu à 800 °C sous atmosphère N2-H2 qui précède l'immersion de la tôle dans le bain, la structure de l'acier est recristallisée et les oxydes de fer sont réduits. Il se produit en même temps la ségrégation et l'oxydation des éléments d'alliages moins nobles que le fer qui peut être à l'origine de défauts de revêtement. A fin de mieux comprendre les réactions d'oxydation sélective qui se produisent à la surface et en profondeur de l'acier, nous avons étudié la germination et la croissance d'oxydes sélectifs sur un acier ferritique. La germination des précipités a lieu à une température voisine de 700 °C. L'analyse du comportement géométrique moyen des particules externes formées en surface met en évidence la croissance des précipités au cours du recuit. Le diamètre des particules augmente tandis que leur densité surfacique diminue. Les oxydes formés sont principalement MnO, SiO2, Mn2SiO4, MnAl2O4 et B2O3. L'orientation des plans joue un rôle important sur l'oxydation externe. La germination est observée sur des surfaces {111} puis sur des surfaces {100}. L'énergie de surface, différente d'un plan cristallin à l'autre, intervient dans ce mécanisme. On observe une différence notable sur le comportement géométrique des précipités entre les principaux plans cristallins du fer. La croissance des précipités est plus avancée (la densité surfacique des précipités est faible et leur diamètre équivalent est grand) sur les plans {111} et {211} que sur les plans {110}. Le plus grand nombre de petites particules est obtenu sur les plans {100}. Un modèle simplifié adapté aux profils de concentrations en manganèse et en silicium en profondeur permet de déterminer les coefficients de diffusion de Mn et Si caractéristiques de l'oxydation sélective de notre acier. Les valeurs des coefficients de diffusion apparents obtenus prennent en compte la diffusion dans les joints de grains et dans les dislocations, présents en grand nombre dans l'acier initialement laminé à froid.

Cette thèse est axée sur la caractérisation microstructurale des précipités dans les oxydes des alliages binaires de zirconium (1 wt.% Fe, Cr , Ni ou 0.6 wt.% Nb). La température d'oxydation est fixée au 415°C. Les échantillons sont oxydés dans l'air et dans l'autoclave sous des pressions différentes et dans un microscope électronique à balayages environnemental sous vapeur d'eau. Les résultats des recherches peuvent être résumés ci-dessous : -Deux types d'oxydation (retardée et non retardée) ont été observés pour les précipités. -Le facteur de Pilling-Bedworth des précipités est plus élevé par rapport à celui de zirconium. -Les précipités contenant du fer entrainent une formation des cristaux de l'oxyde de fer pur à la surface du matériau, quand les précipités sont à la surface ou à la proximité. Ces observations mènent à la conclusion que le comportement d'oxydation des précipités peut être corrélé à leurs compositions et à la tendance d'oxydation de leurs éléments constituants. / This thesis is focused on the microstructural characterisation of precipitates in the oxide of binary zirconium alloys (1 wt.% Fe, Cr or Ni or 0.6 wt.% Nb) under different oxidation conditions at 415°C. The samples were oxidised in autoclave in air and steam and in an environmental scanning electron microscope in water vapour. The microstructural evolution of the precipitates during oxidation was characterised using electron microscopy. The findings from the analysis are the following: -Two types of oxidation behaviour are observed for precipitates. -Pilling-Bedworth ratio of precipitates is higher than that of the zirconium matrix. -Formation of pure iron oxide crystals on the surface for iron bearing precipitates close to or at the surface. From these observations it is concluded that the precipitate oxidation behaviour can be correlated to precipitate composition and oxidation tendency of the elements in the precipitates. Iron exhibits clearly different behaviour.

L'amélioration des propriétés mécaniques dans les alliages du système Fer-Silicium-Titane grâce à l'introduction d'une précipitation nanométrique a été démontrée dans la littérature. La haute valeur de limite d'élasticité qui peut être atteinte dans ces aciers en fait de bons candidats pour des applications dans l'élaboration de structures automobiles. Dans ce contexte, cette étude a pour objectif de caractériser et comprendre la séquence et la cinétique de précipitation dans ces alliages, ainsi que les relations entre microstructure de précipitation et propriétés mécaniques, dans une démarche de conception d'alliages optimisée. La démarche utilisée a tout d'abord consisté en une caractérisation multi-échelle de la précipitation par diffusion des neutrons aux petits angles, microscopie électronique en transmission et sonde atomique tomographique, qui a permis d'aboutir à une description précise de la structure, composition, taille et fraction volumique des précipités, qui ont ensuite été reproduites par modélisation. Dans un deuxième temps, les tests mécaniques réalisés à température ambiante ont révélé un fort potentiel durcissant, qui dépend du temps et de la température de vieillissement. Des modèles à base physique pour la limite d'élasticité et le taux d'écrouissage (tenant compte des contributions isotropes et cinématiques) ont été appliqués pour décrire les courbes de traction mesurées. Ceux-ci ont permis d'aboutir à une bonne compréhension des relations entre microstructures et propriétés dans le système Fe-Si-Ti.

L'amélioration des propriétés mécaniques dans les alliages du système Fer-Silicium-Titane grâce à l'introduction d'une précipitation nanométrique a été démontrée dans la littérature. La haute valeur de limite d'élasticité qui peut être atteinte dans ces aciers en fait de bons candidats pour des applications dans l'élaboration de structures automobiles. Dans ce contexte, cette étude a pour objectif de caractériser et comprendre la séquence et la cinétique de précipitation dans ces alliages, ainsi que les relations entre microstructure de précipitation et propriétés mécaniques, dans une démarche de conception d'alliages optimisée. La démarche utilisée a tout d'abord consisté en une caractérisation multi-échelle de la précipitation par diffusion des neutrons aux petits angles, microscopie électronique en transmission et sonde atomique tomographique, qui a permis d'aboutir à une description précise de la structure, composition, taille et fraction volumique des précipités, qui ont ensuite été reproduites par modélisation. Dans un deuxième temps, les tests mécaniques réalisés à température ambiante ont révélé un fort potentiel durcissant, qui dépend du temps et de la température de vieillissement. Des modèles à base physique pour la limite d'élasticité et le taux d'écrouissage (tenant compte des contributions isotropes et cinématiques) ont été appliqués pour décrire les courbes de traction mesurées. Ceux-ci ont permis d'aboutir à une bonne compréhension des relations entre microstructures et propriétés dans le système Fe-Si-Ti. / The Iron-Silicon-Titanium alloy system is known to have an interesting hardening potential thanks to its ability to produce a fine and dense precipitation microstructure. The high yield stress obtained for steels from this system, makes them potential candidates for automotive applications. The aim of this study was to improve the understanding of the precipitation sequence and kinetics, as well as to analyze the influence of the precipitates on the mechanical properties (yield strength and strain hardening) in the objective of alloy design and process optimization. The approach used is classical in physical metallurgy. It consists namely, of the characterization of precipitation followed by the study of the mechanical properties. The characterization of precipitation has been carried out using the combination of Small-Angle Neutron Scattering, Transmission Electron Microscopy and Atom Probe Tomography. This provides an accurate description of the precipitates in terms of crystal structure, composition, size and volume fraction. These properties have been subsequently reproduced with a precipitation model. The mechanical tests performed on the alloy at room temperature, have revealed a high hardening potential that depends on ageing time and temperature. Physically-based models for yield strength and strain hardening rate (including the effect of isotropic and kinematic hardening) have been applied to interpret the measured stress-strain curves, and allow to reach a comprehensive understanding of the microstructure/properties relationship in the Fe-Si-Ti alloy system.

Cette étude traite de l'impact du vieillissement thermomécanique sur la microstructure et sur les propriétés mécaniques du nouveau superalliage base Nickel pour disque de turbine René 65.Le vieillissement thermique conduit à trois évolutions microstructurales majeures, à savoir la croissance des précipités y' intragranulaires et à la nucléation de particules TCP aux joints de grains accompagnés d'une ségrégation de molybdène. Une méthode innovante basée sur des traitements thermiques adaptés a permis de dissocier les effets de ces deux évolutions microstructurales sur les propriétés en fluage et fatigue-temps de maintien à 700° Cdu René 65. La croissance des précipités y' intragranulaires est majoritairement responsable de l'abattement des propriétés mécaniques. Il s'avère néanmoins que la présence des particules TCP aux joints de grains ainsi que la ségrégation de molybdène affectent également le comportement viscoplastique et la durabilité de l'alliage, contribuant à un abattement supplémentaire des propriétés mécaniques. Ce phénomène est attribué à l'adoucissement localisé de la matrice au voisinage des particules TCP et des joints de grains par la perte d'éléments durcissants de la solution solide y. / This study focused on the impact of thermo-mechanical aging on the microstructure and on the mechanical properties of the new nickel-based superalloy René 65 for turbine disk applications.Thermal aging causes three main microstructural evolutions, namely the intragranular y'-growth, the nucleation of TCP particles at grain boundaries along with a segregation of molybdenurn. An innovative method based on appropriated thermal treatments enabled to dissociate these microstructural evolutions' impacts on the René 65 creep and dwell-fatigue properties at 700°C.The y'-growth is mainly responsible of the overall mechanical proprerties degradation. However, it turns out TCP particles and the molybdenum segregation at grain boundaries also affect negatively the alloy viscoplastic behavior and its durability, contributing to an additional decrease in its mechanical properties. This phenomenon is attributed to the softening of the matrix locally at grain boundaries by solid solution elements depletion in favor of TCP precipitation.

Le développement des dispositifs issus de l'électronique de spin nécessite de nouveaux matériaux qui permettent d'injecter de manière efficace le courant polarisé en spin dans des semiconducteurs. Parmi de nombreux matériaux utilisés comme injecteurs de spin, les semiconducteurs ferromagnétiques dilués (DMS), obtenus en dopant des semiconducteurs avec des impuretés magnétiques tels que Mn ou Co, sont considérés comme des candidats potentiels pour l'injection de spin. Ces matériaux dopés deviennent ferromagnétiques tout en conservant leurs propriétés semiconductrices. Par conséquent, ils présentent une similarité d'impédance électrique par rapport aux substrats semiconducteurs, ce qui rend efficace l'injection de courant polarisé en spin dans ces derniers. Dans ce contexte, l'objectif principal de cette thèse consiste à étudier la cinétique de croissance des semiconducteurs ferromagnétiques dilués GeMn. Nous cherchons à déterminer les paramètres clés de la croissance des couches de GeMn, à savoir la température du substrat, et la concentration en Mn. Pour la fabrication de dispositifs électroniques fonctionnels, le challenge crucial est d'obtenir des DMS ayant une température de Curie (TC) bien supérieure à la température ambiante. Nous nous sommes donc concentrés sur la cinétique de formation de la phase nanocolonnaire GeMn possédant une TC au-delà de 400 K. / The development of active spintronic devices requires new materials, which enable to efficiently inject spin-polarized currents into non-magnetic semiconductors. Among numerous materials that can be used as spin injectors, diluted magnetic semiconductors (DMS), obtained by doping standard semiconductors with magnetic impurities, such as Mn or Co, have emerged as potential candidates for spin injection. The materials become ferromagnetic while conserving their semiconducting properties. They exhibit therefore natural impedance match to host semiconductors and are expected to efficiently inject spin-polarized currents into semiconductors. In this context, the main objectives of this thesis work consist in studying the growth kinetics of GeMn-based diluted magnetic semiconductors. We aim at determining the main growth parameters, such as the substrate temperature and the Mn concentration, that govern the growth process of GeMn layers. Since for device applications it is crucial to obtain DMS exhibiting a Curie temperature (TC) well above room temperature, we have focused our attention to the kinetic formation of the GeMn nanocolumn phase, which exhibits a Curie temperature higher than 400 K.

La modélisation du comportement des alliages à mémoire de forme présente un intérêt majeur pour la conception de dispositifs qui tirent profit des comportements spécifiques à ce matériau. En particulier, l'association de ces alliages avec d'autres matériaux permet de créer des matériaux composites adaptatifs. Une demande croissante de ce type de matériau nécessite le développement des outils de conception adaptés, notamment au niveau du calcul de structures. Cette thèse présente un modèle de comportement des alliages à mémoire de forme, en partant de la définition de l'énergie interne du matériau jusqu'à l'implémentation numérique dans un code de calcul industriel. Des exemples de modélisation de matériaux composites à base d'alliages à mémoire de forme sont développés, à des échelles tant macroscopique et microscopique.

L'alliage N19 est un superalliage base nickel, élaboré par métallurgie des poudres, qui a été développé récemment en vue d'une application pour disques de turbine aéronautique. L'objectif de cette étude est d'optimiser la microstructure de cet alliage en agissant sur les paramètres de traitements thermiques pour améliorer les propriétés mécaniques de l'alliage. Une bonne compréhension des relations entre les paramètres de traitements thermiques et la microstructure, d'une part, et, des relations entre la microstructure et les propriétés mécaniques, d'autre part, est donc nécessaire. De nombreux traitements thermiques ont été appliqués à l'alliage N19 pour évaluer l'effet de la température de mise en solution, des conditions de refroidissement et de la température de revenu sur la taille de grains, et sur la taille et la distribution des précipités gamma prime. L'observation des microstructures en microscopie électronique à balayage et en transmission a permis d'évaluer l'effet des différentes étapes du traitement thermique sur les caractéristiques microstructurales de l'alliage. L'effet de ces modifications microstructurales sur la vitesse de propagation de fissure en fatigue-fluage à 650°C a été étudié. Les résultats de ces essais de propagation de fissure en fatigue-fluage ont été analysés à l'aide d'essais de comportement en fatigue-relaxation. Une synthèse des différentes propriétés mécaniques de l'alliage en fonction des paramètres de traitements thermiques et des caractéristiques microstructurales a été proposée.