Lorsqu’un alliage métallique est mis sous une atmosphère oxydante à haute température, un oxyde est formé en surface de l’alliage. La résistance à l’oxydation à haut température est un critère très important pour le choix des alliages. Il a été observé que le comportement à l'oxydation des alliages sous l'atmosphère avec vapeur d'eau est différente de celle dans l'air sec ou dans l'oxygène. En outre, les contraintes de croissance (générées au cours de l’oxydation isotherme) et les contraintes thermiques (générées au cours du refroidissement) sont formées dans la couche d'oxyde. Ces contraintes ont des effets importants sur la durée de vie de l'alliage. Le présent travail se concentre essentiellement sur l'étude de l'influence de la vapeur d'eau sur le comportement à l'oxydation de l’alliage AISI 430 à haute température, qui est importante pour les applications dans la pile à combustible SOFC (solid oxide fuel cell) comme interconneteurs. Les expériences d'oxydation de l’alliage AISI 430 sous air sec et sous air avec différentes humidités absolues (2%-10%) de 700°C à 900°C sont réalisées à l’aide de l’analyse thermogravimétrique (ATG). Les images MEB des échantillons ont été obtenues avec un MEB-FEG avec un microanalyseur X par dispersion d’énergie (EDX). Les contraintes résiduelles de la couche d’oxyde sont obtenues par la Diffraction des Rayons X (DRX) à la température ambiante, et la méthode de déflexion a été utilisée pour déterminer les contraintes de croissance. Après l’introduction de vapeur d’eau dans l’atmosphère d’oxydation, les comportements à l’oxydation de l’alliage AISI 430 à haute température ont été affectés. La présence de vapeur d’eau modifie donc le niveau de contraintes résiduelles dans la couche d’oxyde. La dégradation de la couche d’oxyde est observée après une courte durée d’oxydation à 900°C et deux mécanismes possibles sont proposés pour expliquer ce phénomène à partir de nos résultats d’étude. / When an alloy is placed in an atmosphere containing oxygen at high temperature, the formation of oxide scale may take place. The oxidation resistance of the alloy is a very important criterion for selecting alloys to be used at high temperature. And it has been found that the oxidation behavior of alloys in atmosphere containing water vapor is different from that in dry air or oxygen. Moreover, in the oxide scale systematically accompanied the development of growth stresses during isothermal oxidation and of thermal stresses during cooling, which also limit the durability of oxide scale and the lifetime of the alloy. The purpose of this work is to investigate the influence of water vapor on oxidation behavior of AISI 430 stainless steel at high temperature, which is expected to be used as interconnectors in the planar solid oxide fuel cells (SOFCs). The oxidation experiments have been performed in air with different absolute humidity (2%-10%) at 700°C, 800°C and 900°C by thermal gravimetric analysis (TGA) system. The oxide surface morphology, cross-section microstructure and the chemical composition of the oxide scale were studied after oxidation by FEG-SEM and EDX. The residual stresses distributions in the oxide scale were determined at room temperature by XRD method after oxidation, and the growth stresses were measured by in-situ deflection method during oxidation. It has been found that the oxidation kinetic, surface morphology and diffusion mechanism of AISI 430 stainless steel in dry air are changed with the introduction of water vapor. The water vapor can also influence the residual stresses levels in the oxide scale. In the presence of water vapor, breakaway oxidation was observed at 900°C, and two possible mechanisms were given to explain this.

Le but de cette thèse est l'identification des modules élastiques dans une structure inhomogène en élasticité statique en petits déformations. Il s'agit d'un problème inverse, dans lequel il faut déterminer la distribution intérieure des modules élastiques à partir des mesures simultanées des forces et des déplacements sur la frontière. Le premier chapitre introduit le problème mathématique par analogie avec le problème d'identification de la conductivité électrique. L'application qui donne consistance au problème est l'application de Dirichlet-Neumann. Elle est équivalente à l'application "énergie de déformation" et son expression fait intervenir la fonction de Green du domaine. Se posent alors les problèmes d'unicité et de stabilité. Le problème est mal posé en ce qui concerne la stabilité. L'unicité pose de problèmes dans le cas de l'élasticité anisotrope. Le deuxième chapitre présent une méthode numérique de reconstruction fondée sur la notion d'erreur en loi de comportement. La méthode exploite une décomposition des champs impliqués utilisant les modules et les tenseurs propres, qui sont les "valeurs propres" et les "vecteurs propres" du tenseur de l'élasticité. Le troisième chapitre illustre par des exemples le processus de minimisation de l'erreur en loi de comportement de manière a obtenir la distribution des modules élastiques. Ceci est fait pour l'élasticité bi-dimensionnelle isotrope ou à symétrie cubique. Un problème inverse lié à la mesure des contraintes résiduelles est traité dans une annexe. Il s'agit de la reconstruction des contraintes résiduelles à partir des mesures faites en surface par la méthode des rayon X après un enlèvement de matière.

Le but final de cette thèse est la proposition dune technique de résolution du problème du sixième degré de liberté des méthodes de bandes finies et déléments finis de plaque et de coque surbaissée déformable en cisaillement (le problème de rotation dans le plan) et de lappliquer dans la formulation des bandes finies et des éléments finis afin danalyser le comportement des structures à parois minces. Tout dabord, le présent travail introduit les caractéristiques des profils à parois minces tels que formes de la section, nuances dacier et imperfections initiales de type géométrique (défaut de rectitude, de planéité), structural (contraintes résiduelles) ou matériel (écrouissage). Ceux-ci sont nécessaires aux analyses ultérieures. Ensuite, une étude bibliographique aborde les méthodes de calcul des barres à parois minces tant analytiques que semi-empiriques ou numériques. Les méthodes analytiques ont été basées sur les théories de VLASOV et de BENSCOTER et une méthode intitulée Generalized Beam Theory développée par SCHARDT avec ses collègues depuis le début des années 1970 en Allemagne. Les méthodes semi-empiriques tiennent compte de linfluence du voilement sur le comportement global par le concept de largeur et de section effectives. Les méthodes numériques sont la méthode des éléments finis de type plaque, de type coque et la méthode des bandes finies. Puis, une technique originale est proposée avec succès pour introduire dans les relations standard déformation-déplacement des théories des plaques et des coques surbaissées, la rotation dans le plan pour assurer la conformité des variables nodales rotatives aux jonctions spatiales. Lapplication de cette technique sert à mettre au point les bandes finies et les éléments finis de type plaque et coque surbaissée. Il est proposé un programme déléments finis, nommé FENALYSE, qui est capable danalyser la linéarité, la non-linéarité et le flambement des structures à parois minces qui sont composées ou peuvent être modélisées par plaques planes et coques surbaissées. Tandis que les bandes finies ne sont développées que pour calculer le flambement des profils à parois minces qui sont simplement appuyés et un programme intitulé FLAMBANDE est proposé. Les verrouillages de cisaillement et de membrane sont éliminés par la technique dintégration réduite. La description lagrangienne actualisée est utilisée dans lanalyse non-linéaire. Les éléments finis de type plaque et de type coque surbaissée permettent de considérer, entre autre, les phénomènes inhérents aux profils à parois minces tels que la torsion non uniforme avec gauchissement, la distorsion de la section, les phénomènes dinstabilité couplées, la plasticité, les contraintes résiduelles, les imperfections locales et globales, le changement de la limite délasticité sur la section. Plusieurs exemples numériques tant académiques que pratiques sont réalisés afin de montrer la fiabilité de ces éléments finis.

Although it offers a wide variety of interesting properties such as fire resistance or durability, stainless steel has been used in limited amount in structures. It is a known fact that the design rules don't properly account for the additional benefits of stainless steel properties and are largely based on the specifications for carbon steel. Indeed, a number of similarities exist between stainless steel and ordinary carbon steel but there is sufficient differences to afford a specific treatment in design standards. And since stainless steel is an expensive material, it is important to accurately predict the resistance of structural members. The present research work is dedicated to the study of cold-formed stainless steel profiles. It actually follows the life of a stainless steel construction element and falls on three fundamental topics: the material behavior, the through-thickness residual stress distribution and mechanical enhancement due to the cold-forming process and, last, the strength of concentrically compressed thin-walled columns. Firstly, several constitutive models are characterized such as Teodosiu-Hu's micro-structural based hardening model, capable of predicting the behavior of the studied stainless steel grade submitted to biaxial loading causing plastic strain. This model accounts for the nonlinear hardening behavior, the anisotropy, the Bauschinger effect and more complex behavior such as the observed work-hardening stagnation under reversed deformation at large strains. For this purpose, a collection of tests is carried out including multiaxial tests such as tensile-shear tests and successive simple shear tests and plane-strain tests. Secondly, the effects of the forming process on the mechanical properties are studied. To begin with, on the basis of the constitutive models developed previously, an analytical method that calculates the biaxial residual stress distribution in the walls and in the corners of cold-formed profiles is established. Based on the conclusions drawn from this theoretical analysis, a new formula for the evaluation of the actual mechanical properties is established. This formula is not restricted to a single alloy or type of cross-section. Current design standards are then used to calculate the strength of lipped-channel section columns failing by combined distortional and overall flexural-torsional buckling and the results are compared to tests. Indeed, full-scale tests on cold-formed stainless steel lipped channel section columns were achieved in the Structures Laboratory of the University of Liège. And, once verified against the test results, finite element models were used to generate additional results when necessary. The author then presents a new Direct Strength Method taking into account this phenomenon. Finally, a wide amount of reference results are gathered from the literature, without limiting oneself to any kind of cross-section or stainless steel grade. This database is used to propose an improved formulation for the design of stainless steel thin-walled section columns failing by distortion, local or combination of local and overall buckling in the low slenderness range.