Academic literature on the topic 'Déformation microscopique'

Cette recherche expérimentale sur le comportement des argiles vise à tenter de comprendre, et d’identifier, les mécanismes qui s’activent au niveau local en lien avec les déformations volumiques sur chargements triaxiaux. La démarche expérimentale consiste à mettre en évidence l’influence du chemin de chargement sur le comportement micro-macro. Deux différents chemins triaxiaux, l’un conventionnel à σ’3 constante et l’autre purement déviatoire à p’ constant, ont été menés pour atteindre le même niveau de contrainte fixé sur le plan des contraintes. Les essais ont été réalisés sur des échantillons d’argile saturée remaniée reconstituée au laboratoire, en condition normalement consolidée et surconsolidée. L’investigation microstructurale a été menée à deux échelles différentes : au moyen de la Microscopie Electronique à Balayage (MEB), et de la Microtomographie. Les résultats ont mis en évidence l’activation possible de cinq modes d’orientation privilégiée des particules argileuses. Ces modes d’orientation sont fortement dépendants du niveau de contrainte et de l’histoire du chargement. Un développement d’une microfissuration a été observé à l’échelle microscopique et mésoscopique dans les échantillons fortement surconsolidés. L’évolution de cette micro (mais aussi et méso) fissuration semble accompagner clairement le phénomène de la dilatance. Les modes conceptuels d’orientation privilégiée avancés dans ce travail, permettent de mieux comprendre le phénomène de dilatance et de mettre en lumière les mécanismes qui le gouvernent.

L'objectif de ce memoire est d'apporter de nouvelles donnees, a l'echelle microscopique, sur deux mecanismes majeurs de la deformation crustale souvent associees ; la deformation par dissolution-cristallisation et la deformation par rupture fragile. Dans la premiere partie, les methodes utilisees pour decrire la porosite et la texture d'un materiau, a l'echelle du mm au micrometre sont exposees, en particulier la tomodensitometrie rayons x. La deuxieme partie presente l'etude des caracteristiques petrophysiques de deux calcaires, qui ont ete naturellement soumis au meme champ de contrainte tectonique en compression pendant l'orogenese pyreneenne. Deux processus de deformation par pression-dissolution-cristallisation sont mis en evidence. L'existence de l'un ou l'autre de ces processus est controlee principalement par la porosite de la roche. Les differences entre ces deux processus sont discutees en termes de genese des sites stylolitiques, caracteristiques des transferts de masse, localisation de la cristallisation et deformation globale. Dans la troisieme partie, la rupture experimentale en compression de trois materiaux de comportements mecaniques varies, une roche dure (granite), une roche tendre (craie) et un sol (marne), est etudiee lors de tests triaxiaux effectues a differentes pressions de confinement. La cellule de deformation est transparente aux rayons x et montee dans un tomodensitometre rayons x. La microfissuration anterieure a la rupture, diffuse dans les echantillons, montre des caracteristiques differentes dans le granite et la marne. La microdeformation de ces deux materiaux evolue en fonction de la pression de confinement permettant de distinguer deux modes de rupture fragile. Dans la craie, au cours des essais, l'evolution spatio-temporelle de la porosite fissurale est analysee et la variation de la valeur de ce parametre est quantifiee. Cette approche permet plus particulierement d'analyser les caracteristiques de la porosite acquise lors de la relaxation des contraintes et de comparer avec les evenements survenus lors de la decompression dans un bassin sedimentaire

Analyse des évolutions microstructurales en fonction du taux de déformation dynamique. Comparaison avec les évolutions résultant d'une compression statique. La différence de vitesse de déformation induit des différences microstructurales précisées par analyse d'images. Interprétation des résultats par les courbes contrainte-déformation, les énergies emmagasinées mesurées par microcalorimétrie différentielle et les microdéformations. Analyse de la structure des dislocations

Le but de cette étude est d'établir une loi de comportement macroscopique viscoplastique d'un composite à matrice métallique renforcé par des fibres courtes. La construction du modèle s'appuie sur des résultats expérimentaux et numériques, ainsi qu'une approche analytique sur la localisation. Une étude expérimentale a été nécessaire afin d'observer, en particulier, l'évolution du domaine élastique en fonction de la température, des déformations plastiques et du temps. Des essais en traction-compression et des chargements cycliques pour plusieurs températures et dans les directions d'anisotropie du matériau ont été réalisés. Des calculs numériques par éléments finis en viscoplasticité réalisés sur une cellule élémentaire représentative du composite, ont permis de quantifier les contraintes résiduelles et les déformations plastiques résultant du traitement thermique de fabrication. La réponse macroscopique du composite est ensuite étudiée pour différents chargements. Le modèle théorique est construit sur la base de techniques d'homogénéisation, en particulier, l'homogénéisation des milieux périodiques, qui fait appel à des calculs par éléments finis, et la méthode de l'inclusion équivalente purement analytique. Une relation de localisation généralisée est obtenue à partir des travaux de Dvorak, permettant de relier entre elles les variables mécaniques globales et locales. Moyennant certaines hypothèses simplificatrices, il est possible d'établir une loi de comportement purement macroscopique. Cette loi de comportement thermo-élasto-viscoplastique peut prendre en compte, les effets et l'évolution des contraintes résiduelles de fabrication ainsi que l'anisotropie initiale du matériau et son évolution au cours d'un écoulement viscoplastique.

[Le comportement microstructure de l'aluminium 5N soumis à une déformation cyclique (fatigue) a été étudié et modélise en termes d'interactions dislocations défauts cristallins. La majorité des études effectuées à ce jour ont porté sur le cuivre et comportent trois aspects: évolution des paramètres mécaniques, étude de la microstructure au MET sur états fatigués et modélisation. Nous proposons une nouvelle approche qui repose plus particulièrement sur l’étude du comportement dynamique des dislocations au cours de la fatigue elle mème. L'aluminium a été choisi car il se prête particulièrement bien à cette approche. Une machine de fatigue originale, à cinématique purement élastique, permettant un contrôle rigoureux des conditions de sollicitation a été construite. Elle couvre la gamme de déformation (10(exp-6) -10(exp-2)) nécessaire à l’étude des interactions dislocations défauts cristallins, entre -200"C et +200"C. De plus une chaîne de mesure d'atténuation ultrasonore lui est associée afin d'obtenir des données sur la mobilité des dislocations. L’informatisation de l'ensemble permet une exploitation optimum des mesures tant mécaniques qu'ultrasonores. Les résultats expérimentaux ont porté sur l'aluminium sous deux états recuit et pré-fatigué à saturation. Ils mettent en évidence deux domaines aux faibles amplitudes de déformations < (3x10(exp-5)), l’interaction dislocations atomes en solutions solides contrôle la déformation aux amplitudes plus élevées l’interaction dislocations-dislocations devient devient prépondérante. Cette interaction présente une forte caractéristique athermique et sous certaine conditions de chargement un comportement dissymétrique. Une modélisation reposant sur les concepts de matériaux composites (phase dure → les parois des cellules et phase molle → l’intérieur des cellules) et faisant intervenir la notion de contrainte de compatibilité est proposé pour rendre compte de l’évolution de la contrainte et du comportement dynamique des dislocations. La corrélation des résultats expérimentaux (mécaniques, ultrasonores et émission acoustique) avec ceux du modèle confirme la validité des hypothèses proposées. Cette approche s'inscrit dans une étude plus vaste sur l'endommagement et a permis d'enrichir nos connaissances sur les mécanismes microsrtucturaux de la déformation cyclique. ]

La manipulation d’objets de tailles microscopiques, dont le comportement est régi par des effets de surfaces, nécessite des modèles d’interaction fiables entre les micro-objets et les organes terminaux des robots. De nombreux paramètres entrent en considération dans la modélisation des forces d’adhésion. Il apparaît donc nécessaire de déterminer l’influence de chacun afin de maîtriser en particulier la force à exercer pour séparer deux objets en contact dite force de pull-off. De plus, à l’échelle microscopique, la mesure des efforts d’interaction au cours de la manipulation est complexe et n’est possible que dans certains cas particuliers. L’approche générale proposée dans ce manuscrit repose sur trois étapes. Après une présentation du contexte de ces travaux, la première étape consiste à identifier les modèles et les moyens de mesure de la littérature (chapitre 1). Deux approches sont alors mises en avant pour modéliser les forces de pull-off. Les forces et les faiblesses des modèles sont étudiées plus en détail au chapitre 2 afin de développer, au cours de la seconde étape, un nouveau modèle de force d’adhésion (chapitre 3). Ce dernier met en avant le couplage entre les déformations et les forces d’adhésion et révèle des différences majeures entre les échelles microscopique et nanoscopique. Enfin, l’objectif de la troisième étape est de corréler ce modèle avec des observations expérimentales. L’analyse des résultats expérimentaux effectuée au chapitre 4 montre la difficulté de modéliser des interactions entre des micro-objets réels et met en avant un effet d’échelle s’appliquant aux forces électrostatiques
The behavior of microsized objects is governed by surface effects. Reliable interaction models between micro-objects and robots end-effectors are required for micromanipulation. Numerous parameters are involved in adhesion forces modeling. The influence of each of these parameters must be determined in order to control forces and especially the one which is required to split to contacting objects: the pull-off force. Moreover, at the microscale, measurements of interaction forces during a manipulation task are complex and are only available in few cases. The general approach of this work can be divided into three main steps. After a presentation of the micromanipulation context, models and measurement tools of the literature are depicted in the first step (chapter 1). Two modeling approaches are highlighted; where strengths and weaknesses of models are focused in chapter 2 in order to develop a new adhesion forces model during the second step (chapter 3). This model highlights coupling between local deformations and adhesion forces and exposes major differences between microscale and nanoscale. Finally, the objective of the third step is the correlation of the proposed model with experiments. The analysis of experimental results is presented in the chapter 4. The results show the difficulties encountered for modeling interactions between real micro-objects and highlights a scale effect on electrostatic forces

Des monocristaux d'InP non dopé et dopé soufre (InP. S) ont été déformés en compression uni axiale, à vitesse imposée, à des températures variant de 0,35 Tf à 0,58 Tf et observée ensuite en microscopie électronique par transmission. Le résultat le plus original est l'observation de fautes d'empilement extrinsèques, fréquentes et étendues, et apparemment simples, pour les deux types de matériau. Dans InP. S uniquement, la déformation a crée des macles de différentes tailles dont l'épaisseur peut atteindre environ 5 microns. Ces macles apparaissent pour des faibles déformations, dès la limite d'élasticité. Ils leurs sont associés des accidents sur les courbes contrainte-déformation. Nous n'avons pas trouvé l'explication satisfaisante pour tous les cas de figures observés. Néanmoins les configurations des micro macles suggèrent l'existence d'un mécanisme de pôles suivant la description de PIROUZ plutôt que celle de VENABLES. En effet nous n'avons pas observé de partielles de Frank et les macles sont situées dans le plan de glissement sollicité

Ce travail de thèse est basé sur l'étude des déformations dans les matériaux à l'échelle nanométrique. En effet, depuis une dizaine voire une quinzaine d'années, le développement de nouveaux matériaux structuraux ou destinés à l'industrie de la microélectronique nécessite la maîtrise des phénomènes de déformation à une telle échelle. La demande de caractérisation se trouve donc en forte croissance, avec des contraintes de plus en plus forte en termes de résolution spatiale et de sensibilité en déformation. La mise au point et/ou l'amélioration de techniques répondant à ces critères est donc nécessaire. Le microscope électronique en transmission étant l'un des seuls instruments capables de mesurer quantitativement des déformations à l'échelle nanométrique, quatre différentes techniques liées à cet appareil ont été étudiées : la technique des moirés, la diffraction en faisceau convergent, la nanodiffraction et l'holographie en champ sombre. La disponibilité du microscope de dernière génération FEI Titan a permis d'obtenir des résultats marquants pour chacune de ces techniques. Les quatre techniques étudiées font l'objet d'une étude poussée sur leur résolution, leur sensibilité en déformation, leurs limites d'utilisation, leur mode d'acquisition et les contraintes qu'elles imposent dans la préparation d'échantillons. Ainsi, la technique des moirés possède une résolution de l'ordre de la vingtaine de nanomètre avec une sensibilité de 4.10^-4 mais nécessite des échantillons particuliers. La diffraction en faisceau convergent est la technique possédant la meilleure résolution spatiale (1 à 2 nm) combinée à une excellente sensibilité en déformation (2.10^-4). Cependant, l'inhomogénéité du champ de déplacement dans l'épaisseur de l'échantillon, phénomène très présent dans les lames minces, rend cette méthode difficile à utiliser de façon courante. La nanodiffraction est probablement la technique la plus facile à mettre en place et s'applique à la plus grande partie des matériaux ou objets. Elle possède une résolution intéressante (jusqu'à 3 nm) mais une sensibilité en déformation limitée à 6.10^-4 dans le meilleur des cas. Pour finir, l'holographie en champ sombre, technique très récente, offre une bonne résolution (autour de 4 ou 5 nm) avec une excellente sensibilité en déformation (2.10^-4). Ces quatre techniques sont comparées entre elles sur des échantillons le permettant.

L'objectif general de ce travail est d'analyser la structure fine des lignes de glissement et d'etudier la cinetique de leur formation. Il s'insere plus largement dans le cadre d'une meilleure comprehension des mecanismes de deformation plastique qui ont eu lieu dans le volume, a partir des effets engendres en surface. Un dispositif experimental, constitue d'une micromachine de compression couplee a un microscope a force atomique, a ete concu et mis au point. Il permet une visualisation in situ de l'evolution de la topographie de la surface d'une eprouvette en cours de deformation a une echelle inferieure au nanometre, et il est tout a fait adapte a l'observation de l'emergence des dislocations. Les premieres etudes ont montre la grande homogeneite de deformation de monocristaux de fluorure de lithium. Les lignes de glissement de faibles hauteurs, correspondant au passage d'un tres petit nombre de dislocations, sont reparties de facon aleatoire. L'analyse statistique des marches suivant leur taille et leur repartition et la determination experimentale de differents parametres (nombre moyen de dislocations par ligne de glissement n#d##l, coefficient de cisaillement , coefficient de durcissement local ) confirment le blocage rapide des sources de frank-read dans le volume et l'activation ulterieure de sources secondaires qui contribuent a l'essaimage des lignes de glissement observees en surface. Les mesures conjointes de la deformation et de la densite de marches en surface permettent de determiner la densite de dislocations stockees dans le materiau. Il existe ainsi, des les premiers stades de deformation plastique, un pourcentage important de dislocations qui n'ont pas encore emerge en surface et qui contribuent a la deformation macroscopique du cristal. Une etude similaire a ete realisee sur la phase monocristalline d'un superalliage base ni et donne lieu a des resultats tout a fait differents

Le superalliage a base de ni et de co est un alliage biphase: il contient apres un traitement thermique de vieillissement, une phase secondaire de structure hexagonale ordonnee do#1#9 qui precipite sous forme de plaquettes au sein d'une matrice cubique a faces centrees. Cet alliage est deforme en traction a la temperature ambiante puis observe par microscopie electronique haute resolution. Les observations montrent qu'au cours de la deformation, les dislocations mobiles dans la matrice cisaillent le precipite. Les systemes de glissement dans chacune des phases de l'alliage etant differents, des problemes de compatibilite de deformation entre les deux phases apparaissent. Les observations a l'echelle atomique ont mis en evidence les differents micromecanismes induits par ces problemes de comptabilite. Chaque fois qu'une dislocation franchit l'interface matrice/precipite, elle laisse une dislocation residuelle. Au cours du cisaillement, une marche est creee de chaque cote du precipite: l'une apparait du cote de l'entree des dislocations dans le precipite, l'autre du cote de la sortie. L'analyse de la structure de chacune de ces marches a montre que, du aux interactions entre les differentes dislocations participant au cisaillement, les residus s'accummulent le long de la marche entree tandis qu'ils quittent la marche sortie. Un calcul utilisant la theorie elastique montre que l'accumulation de residus d'un seul cote du precipite engendre au voisinage du cisaillement, des contraintes internes tres elevees. Ces contraintes peuvent alors, dans certains cas, etre relaxees plastiquement et induire une rotation d'une partie du precipite. Les images de haute resolution ont permis de caracteriser avec precision ces rotations

La manipulation d'objets de tailles microscopiques, dont le comportement est régi par des effets de surfaces, nécessite des modèles d'interaction fiables entre les micro-objets et les organes terminaux des robots. De nombreux paramètres entrent en considération dans la modélisation des forces d'adhésion. Il apparaît donc nécessaire de déterminer l'influence de chacun afin de maîtriser en particulier la force à exercer pour séparer deux objets en contact dite force de pull-off. De plus, à l'échelle microscopique, la mesure des efforts d'interaction au cours de la manipulation est complexe et n'est possible que dans certains cas particuliers. L'approche générale proposée dans ce manuscrit repose sur trois étapes. Après une présentation du contexte de ces travaux, la première étape consiste à identifier les modèles et les moyens de mesure de la littérature (chapitre 1). Deux approches sont alors mises en avant pour modéliser les forces de pull-off. Les forces et les faiblesses des modèles sont étudiées plus en détail au chapitre 2 afin de développer, au cours de la seconde étape, un nouveau modèle de force d'adhésion (chapitre 3). Ce dernier met en avant le couplage entre les déformations et les forces d'adhésion et révèle des différences majeures entre les échelles microscopique et nanoscopique. Enfin, l'objectif de la troisième étape est de corréler ce modèle avec des observations expérimentales. L'analyse des résultats expérimentaux effectuée au chapitre 4 montre la difficulté de modéliser des interactions entre des micro-objets réels et met en avant un effet d'échelle s'appliquant aux forces électrostatiques.