Dissertations / Theses on the topic 'Déformation résiduelles'

Ce projet de thèse s’inscrit dans le cadre du FUI « MicroConnect », porté par la société Axon’Cable, dont l’objectif principal, est la conception et le développement d’un procédé de mise en forme automatisé, permettant d’élaborer un nouveau type de connecteurs twist-pin novateurs et très performants. Ces connecteurs, robustes, répondent aux exigences d’environnements sévères et trouvent leurs applications dans de nombreux domaines tels que l'électronique aéronautique, les équipements avioniques, les systèmes militaires... L’un des éléments essentiels des connecteurs est le contact, qui permet de faire transiter le courant électrique d’un système à un autre. Chaque connecteur peut compter des dizaines, voire des centaines de contacts.De par l’enchaînement des procédés utilisés pour concevoir ces contacts, les propriétés électriques et mécaniques initiales peuvent être modifiées. L’utilisation de la simulation numérique s’avère donc indispensable pour maitriser l’influence de ces procédés sur le produit final. La démarche adoptée dans ce travail a consisté à modéliser numériquement les différentes étapes de fabrication des contacts (pliage, soudage laser et sertissage) avec le logiciel Abaqus afin de déterminer les contraintes résiduelles issues de ces différents procédés de mise en forme. Les modèles sont validés en les confrontant à des investigations expérimentales réalisées. Pour finir, une optimisation du sertissage a été réalisée pour mettre en évidence les configurations géométriques des outillages permettant au produit développé de répondre aux essais d’arrachement prévus par les normes de validation imposées
This PhD thesis is part of the FUI "MicroConnect" project, carried out by Axon'Cable Group, whose main objective is the design and development of an automated forming process to manufacture a new type of innovative and high-performance twist-pin connectors. These connectors are used in many fields such as aeronautical electronics, avionics, military systems because of their strength and their hability to be used in very demanding environments... An essential element of the connectors is the contact, as it makes the transfer of the electric current from a system to another. Each connector can have tens or even hundreds.Due to the sequence of the processes used to produce these contacts, their initial properties can be modified. The use of numerical simulation is therefore essential to master the influence of these processes on the final product. The approach adopted in this work consisted in modelling the different steps of the contact fabrication (bending, laser welding and crimping) on the Abaqus software in order to determine the residual stresses resulting from these operations. These models are validated by comparing them with experimental investigations carried out. Finally, an optimization of the crimping is done to highlight the geometrical configurations of the tools allowing the developed product to respond to the tearing tests provided by the validation standards

La défaillance des pièces mécaniques est très souvent initiée par un défaut de surface. Par conséquent, la génération de contraintes résiduelles compressives sur des pièces mécaniques via une déformation plastique hétérogène améliore la tenue en fatigue et augmente la durée de vie des pièces. Parmi les procédés permettant d'introduire des contraintes résiduelles dans les pièces, le traitement par choc laser est plus intéressant à plusieurs titres. D'une part, il permet de produire des pressions en surface du matériau de l'ordre de 1 à 6 GPa sur de courtes durées d'impulsion allant de 3 à 30 nanosecondes. D'autre part, il offre la possibilité d'introduire des contraintes résiduelles de compression sur une certaine profondeur tout en conservant l'état initial de la pièce traitée. Ainsi, les simulations numériques par réalisation de modèles simples permettent de cerner les physiques mises en jeux. Dans cette perspective, la méthode semi-analytique offre d'énormes avantages, notamment la simplicité des modèles et la réduction des temps de calcul. Cependant, cette méthode n’a jamais été étendue aux problème dynamiques. Dans cette thèse la méthode semi-analytique a été étendue aux problèmes dynamiques et le modèle mis en place été appliqué pour la simulation du procédé de choc Laser
The failure of the mechanical parts is very often initiated by a surface defects. Consequently, the generation of compressive residual stresses on mechanical parts by introducing a heterogeneous plastic strain improves the resistance to fatigue and increases the lifetime of the parts. Among the processes making it possible to introduce residual stresses into the parts, the laser shock peening is more interesting for several reasons. On the one hand, it makes it possible to produce pressures on the surface of material of about 1 to 6 going GPa over short pulse times from 3 to 30 nanoseconds. In addition, he gives the opportunity of introducing residual stresses of compression on a certain depth while preserving the initial state of the treated part. The numerical simulation becomes necessary to determine the best physical phenomena involved. Thus, the semi-analytical method offers a lot of advantages, in particular the simplicity of the models and the computation times saving. This method was never extended to the dynamic problems. In this thesis the semi-analytical method was extended to the dynamic problems and the model implemented is applied for the simulation of the Laser process of shock

Le travail qui suit est divisé en trois grandes parties. Premièrement, lorsque nous souhaitons réaliser des études à des échelles plus petites telles que l’échelle micrométrique, nous devons non seulement utiliser un moyen d’observation plus complexe, tel que le microscope électronique à balayage «MEB-FEG» pour obtenir des images exploitables en métrologie optique, mais aussi avoir un marquage (mouchetis) à ces échelles.Actuellement, la corrélation d’images numériques est la technique de mesure de champs cinématique la plus utilisée pour étudier le comportement mécanique des matériaux et des structures sur une zone d’intérêt allant de l’échelle du mètre à l’échelle millimétrique. Ces derniers peuvent être obtenus par diverses techniques comme par exemple en utilisant le Dual-Beam «FIB».Pour la démarche scientifique adoptée nous avons commencé par développer un mouchetis artificiel, avec une profondeur de gravure de l’ordre de 100 nanomètres. Nous nous sommes appuyés également sur des outils statistiques tels que la gamme des niveaux de gris, l’auto corrélation, le nombre de passes et la variation de grossissement qui s’avèrent nécessaires pour valider le marquage et avoir de meilleurs résultats. Ceci a constitué la première partie de cette thèse.Dans la seconde partie, la méthode DIC a été adoptée en utilisant un microscope électronique à balayage (MEB) et un marquage réalisé grâce à un faisceau d’ions focalisés (FIB). Afin de construire une solution métrologique maîtrisée et fiable pour observer et quantifier les mouvements et les déformations de la matière à ces échelles, différents essais ont été réalisés sur deux métaux différents, à savoir, l’Acier 3041 et l’Inconel 718, et ce pour s’assurer de la répétabilité et de la reproductibilité de la procédure.Dans ces essais, nous avons proposé de calculer les déplacements horizontaux et verticaux ainsi que l’erreur liée à ces déplacements. La même démarche a été menée sur les champs de déformations. Différents résultats ont été obtenus en fonction de la variation de l’écart type trouvé dans les données acquises permettant de quantifier les erreurs de mesure ainsi que la répétabilité et la dérive dans le temps.La dernière partie du travail proposé porte sur l’adaptation des méthodes de mesure aux mécanismes particuliers de déformation à ces échelles, comme la localisation de fractures et l’endommagement.Pour étudier le comportement mécanique et prendre en compte les fractures locales, nous avons procédé à l’extraction des déformations d’un matériau fracturé à l’aide d’une méthode de mesure de champ de déplacement.L’approche proposée consistait à extraire les déformations résiduelles des premiers gradients locaux de HDIC les moins perturbés par la fracture. Différents tests ont été effectués pour évaluer la validité de cette nouvelle approche proposée.Une application pour étudier le comportement mécanique d’un composite métallique (Al /ω-Al-Cu-Fe) a été proposée. Une exploitation particulière de tous les champs réside dans la bonne séparation des champs de déformation et de la partie fissurée.Une discussion sur la comparaison entre une analyse DIC conventionnelle et son extension a été présentée sur les zones avec et sans fractures
This work is divided into three main parts. Initially, in order to order to carry out our studies at smaller scales such as micrometric scale, we must not only use a more complex means of observation, for example, scanning electron microscope "MEB-FEG" to obtain images usable in metrology optical, but also have to mark (speckle) on these scales. More recently, digital image correlation is the most widely used kinematic field measurement technique to study the mechanical behavior of materials and structures over an area of interest ranging from the meter scale to the millimeter one. This can be obtained by using a dual-focused ion beam technique. Furthermore, we have adopted a scientific approach by first developing an artificial speckle, with an engraving depth of the order of 100 nanometers. We also relied on statistical tools such as the range of gray levels, autocorrelation, the number of passes and the variation of magnification, which were necessary to validate the marking and to generate better results.In the second part, we coupled the DIC by utilizing the scanning electron microscope and the focused ion beam as the labelling techniques. In order to build a controlled and reliable metrological solution to observe and quantify the movements and deformations of matter at these scales. Several tests have been carried out on two metals ; Steel 304l and Inconel 718, toensure the repeatability and reproducibility of the procedure. In these tests, we proposed to calculate the horizontal and vertical displacements as well as the error related to these displacements.We demonstrate the same approach on the deformation fields. Different results have been obtained depending on the variation of the standard deviation found in the acquired data making it possible to quantify measurement errors as well as repeatability and drift over time.The last part of the proposed work is about the adaptation of measurement methods to the particular mechanisms of deformation at different scales, such as the location of fractures and damage. To study mechanical behavior and taking into account local fractures, we extract the deformations of a fractured material using a displacement field measurement method. The proposed approach consists of extracting the residual deformations of the first local gradients of H-DIC, the least disturbed by the fractures. Various tests have been carried out to assess the validity of this proposed new approach. An application to study the mechanical behavior of a metallic composite (Al / ω -Al-Cu-Fe) is proposed. Particular exploitation of all the fields lies in the good separation of the deformation fields and the cracked part. A discussion on the comparison between a conventional DIC analysis and its extension is presented on the zones without and with fractures

La formation d'une couche d'oxyde thermique sur un métal entraîne l'apparition d'une déformation spécifique liée à la croissance de l'oxyde. Nous considérons que cette déformation est proportionnelle à l'épaisseur de la couche d'oxyde. Nous avons analysé les contraintes de « croissance » associées, dans les oxydes se développant sur des substrats de nickel, de fer et enfin de fer phosphaté. L'oxydation des deux premiers métaux est parabolique. En revanche, l'oxydation du fer phosphaté montre plusieurs caractéristiques. Des analyses menées par Diffraction des Rayons X (évolution des pourcentages de phases) ont montré que le film de phosphate se comportait comme une barrière de diffusion. La mesure des contraintes dans les oxydes a été réalisée in-situ par thermodiffraction avec l'apport du Rayonnement Synchrotron. Enfin, la modélisation de l'évolution des contraintes dans les systèmes oxydes thermiques sur métal nous a permis de reproduire qualitativement les résultats expérimentaux.

Dans l’industrie nucléaire, différents composants des réacteurs à eau pressurisée sont soudés par le procédé TIG (Tungsten Inert Gas). Pour obtenir une résistance à la corrosion et une tenue en service suffisante, ces pièces sont réalisées en alliage base nickel NY690. La compréhension des phénomènes physiques impliqués durant le soudage est nécessaire afin de connaître l’évolution de la microstructure et leur influence sur le comportement mécanique. Pour améliorer la qualité des produits soudés, il est crucial de déterminer les contraintes résiduelles après soudage ce qui implique de connaître le comportement mécanique de l’alliage NY690. En effet, le soudage de ces pièces massives dont l’épaisseur est comprise entre 50 et 250 mm nécessite un grand nombre de passes et donc grand nombre de cycles thermo-mécaniques. Pour reproduire ces chargements complexes se produisant dans la zone affectée thermiquement, des essais mécaniques ont été réalisés en utilisant la machine Gleeble 3500 et une machine de traction/torsion MTS-809. Des essais de traction et des essais cycliques ont été réalisés pour différents états microstructuraux à température ambiante et à 750°C. Plus précisément, l’influence de la taille de grain et de la présence des carbures de chrome sur le comportement mécanique a été étudiée dans le but de déterminer les paramètres à prendre en compte pour modéliser le comportement mécanique. Le comportement mécanique en chargement monotone a ensuite été modélisé en fonction de la température et de la vitesse de déformation en utilisant le formalisme de Kocks-Mecking-Estrin. Ce modèle ensuite été implémenté sous Sysweld pour simuler des expériences de soudage
Mechanical behavior of nickel alloy 690 (NY690) is characterized from 25°C to 1100°C and for a strain rate ranging from 10-4 to 5×10-3s-1. The effects of chromium carbides and grain size (50-150 µm) on the tensile properties of NY690, were studied at 25°C and 750°C. Chromium carbides have negligible influence on the yield stress and on the strain hardening whereas the grain size slightly decreases the yield stress and the hardening rate at room temperature. The grain size has little influence on the strain-hardening but increases the steady-state stress. The dislocation density is the major microstructural parameter governing the mechanical behavior of the alloy for the studied experimental conditions. The Kocks-Mecking-Estrin formalism is adapted to a wide range of temperature and strain rate to predict the mechanical behavior

Le zirconium et ses alliages, de structure hexagonale, présentent une forte anisotropie plastique et une grande variété de modes de déformation. Ces propriétés sont responsables de l’apparition de déformations élastiques d’ordre II et par conséquent de contraintes internes, qui assurent la compatibilité des déformations entre grains adjacents lors de sollicitations mécaniques. Nous avons étudié le comportement de ces alliages dans le cadre des grandes déformations pour deux procédés : le laminage à froid de tôles de Zy-4 et le laminage à pas de pèlerin de tubes en alliage de zirconium M5. Des analyses par diffraction des rayons X ont permis de déterminer l’évolution de la texture ainsi que des contraintes résiduelles des matériaux en fonction du taux de déformation macroscopique. Le modèle autocohérent élastoplastique a été utilisé pour prédire l’état mécanique aux différentes échelles du matériau. Le modèle a été développé pour le cas des grandes déformations avec une nouvelle formulation de la plasticité cristalline. L’influence et le rôle de l’anisotropie élastoplastique ont pu être également analysés et expliqués. Les simulations ont permis de reproduire la texture expérimentale quelque soit le procédé étudié. Elles ont également pu délimiter les contributions des contraintes du premier et du second ordre sur les valeurs déduites de la DRX. Cette étude montre également que le glissement prismatique est le mode de déformation principal de ces alliages en grandes déformations
Zirconium and its alloys are hexagonal close packed materials which present high plastic anisotropy and a variety of active deformation modes. As a consequence of these properties, second-order strains (and stresses) are generated during a plastic forming process between the grains having different crystallographic orientation. The mechanical behaviour of these alloys has been studied in the large strain framework for two cases: cold rolled Zy-4 plates and cold pilgering M5 zirconium alloy cladding tubes. Using X-ray diffraction technique, we have determined the residual stresses and crystallographic texture evolutions for different total strains. The elastoplastic self-consistent model was used to predict the mechanical state at the different scales. This model was developed to large deformations. A new formulation of the crystal plasticity has been proposed. The influence and the role of elastoplastic anisotropy have also been studied and explained in this work. A good agreement has been found between experimental and predicted crystallographic textures. The contribution and the magnitude of the first as well as the second-order residual stresses have been correctly evaluated from the measured strain. The prismatic slip is the most active deformation mode in these alloys at large strains

La nitruration des aciers est un traitement thermochimique très utilisé dans l'aéronautique. Il est connu pour améliorer la tenue en fatigue des composants mécaniques. Il est basé sur la diffusion de l'azote en surface des pièces traitées. Des mécanismes complexes sont alors mis en jeu et provoquent la naissance de contraintes internes et de déformations dites "résiduelles" des pièces traitées. Suivant leur géométrie, les pièces peuvent se déformer de plusieurs millimètres, et être soumises à des contraintes internes de traction-compression importantes. L'objectif de ce travail est de proposer une modélisation multi-physiques du traitement de nitruration permettant de prédire, pour n'importe quelle géométrie de pièce, les contraintes résiduelles et les déformations qu'elles subiront lors du traitement. Ces informations, précieuses aux ingénieurs, permettront de mieux maîtriser, et donc d'optimiser les processus de dimensionnement et de fabrication des pièces nitrurées
Nitriding of steel is a thermo-chemical treatment well known to improve the mechanical properties of the material. It is based on the diffusion of nitrogen into the surface of treated parts. Complex phenomena are then involved and generate residual stresses and distortions. Depending on their geometry, parts can be distorted up to several millimeters and be subject to significant internal tensile-compression stresses. The aim of this work is to provide a multi-physical model of the nitriding in order to predict, for any part geometry, their residual stresses and distortions after treatment. These informations, precious for engineers, will allow to optimize the design and the manufacturing processes of nitrided parts

Ce travail est une investigation experimentale qui se situe dans un contexte industriel de reparation des structures fissurees en utilisant la technique du trou perce en fond de fissure avec et sans expansion. Cette etude a porte sur deux alliages d'aluminium en vue de mettre en evidence le retard lie au reamorcage et a la propagation d'une fissure de fatigue. En effet, le percage d'un trou en fond de fissure conduit a eliminer la singularite par modification geometrique qui diminue la concentration de contrainte. Trois rayons differents ont ete etudies ( = 1 mm, 2. 5 mm et 3 mm). Le nombre de cycles au reamorcage n a, qui est le gain obtenu par cette technique croit quand le rayon du trou augmente. De plus, l'expansion du trou, par deformation plastique du bord (passage d'une bille en acier a travers le trou), permet d'introduire des contraintes residuelles de compression qui reduisent d'une maniere significative les contraintes effectives
Dans ce travail, trois degres d'expansion ont ete analyses (de = 1. 7%, 3. 4% et 4. 3%). L'expansion du trou ameliore considerablement la duree de vie qui augmente avec le degre d'expansion. Par ailleurs, l'effet du chargement sur le nombre de cycles a l'amorcage est etudie. Ce dernier augmente quand l'amplitude du facteur d'intensite de contrainte diminue. L'analyse des facies de rupture par microscope electronique a balayage montre une zone comprimee au bord du trou et une absence des microfissures. Par contre, loin de cette zone des microfissures orientees dans tous les sens ont ete observees. Une modelisation numerique par elements finis est realisee afin de quantifier les contraintes residuelles de compression ainsi que la zone affectee par l'expansion au bord du trou

Jusqu’à ces dernières années, la méthode du trou ne pouvait être utilisée que dans le cas où les contraintes résiduelles sont homogènes dans l’épaisseur du matériau. Des développements récents ont montré que les déformations mesurées à la surface pendant un perçage incrémental pouvait être liées à la distribution des contraintes résiduelles. Un logiciel utilisant la méthode des éléments finis a été mis au point pour calculer les coefficients de calibration de la méthode du trou. Il permet de modéliser les matériaux isotropes et les matériaux multicouches. Un autre problème de la méthode est le choix de méthodes de perçage. Deux systèmes ont été étudiés : un système ultra-rapide à air-turbine et un système sur fraiseuse conventionnelle. La sensibilité de la méthode a été évoquée. La nouvelle méthode du trou incrémentale a été appliquée sur les pièces grenaillées, trempés, soudées, cémentées, rectifiées. Les résultats obtenus par la méthode du trou ont été comparés avec ceux de la méthode de diffraction par rayon X et la méthode de la flèche avec succès.

L’optimisation des gammes d'usinage n’est pas aisée, car elle souffre de deux lacunes importantes. La première est axée sur l'adaptabilité des gammes existantes aux moyens actuels de production et à leurs évolutions au fil des années pour répondre aux évolutions technologiques. Le second point concerne, l’absence de prise en compte du comportement mécanique de la pièce durant l'usinage dans l'élaboration de la gamme. Ces travaux de thèse abordent ces problématiques dans le cadre du projet FUI OFELIA. Ils étudient, dans un premier temps l'influence de la gamme d’usinage sur la déformation de la pièce. L'objectif est de pouvoir prédire le comportement mécanique de la pièce pour identifier les gammes minimisant les déformations. Le second point s'intéresse à l’évaluation multicritères des gammes de fabrication. Les critères retenus prennent en compte la déformation de la pièce, la productivité à travers une estimation rapide des temps d'usinage et la recyclabilité des copeaux obtenus lors de l'usinage. D’autre part, nous proposons un modèle géométrique des états intermédiaires de la pièce durant l’usinage pour à la fois évaluer les gammes de fabrication et conduire les calculs de simulation de la déformation de la pièce durant l’usinage
The optimization of machining sequences is not easy because it suffers from two major shortcomings. The first focuses on the adaptability of existing ranges to current production facilities and their evolution over the years to respond to technological developments. The second point concerns the lack of consideration in the mechanical behavior of the part during the development of machining sequence. This thesis addresses these in relation to the FUI OFELIA project. At first, they study the influence of the machining parameters on the deformation of the workpiece. The aim is to predict the mechanical behavior of the part to identify recommendations with minimal distortion. The second issue deals with multi-criteria evaluation of manufacturing ranges. The criteria take into account are the deformation of the workpiece, productivity through a quick estimate of machining time and recyclability of chips produced during machining. On the other hand, we propose a geometric model of the intermediate states of the workpiece during machining in order to both assess the manufacturing recommendations and to drive the simulation calculations of the deformation of the workpiece during machining

Ce travail propose une étude de l'influence des hétérogénéités élastoplastiques sur les champs de contraintes et déformations microscopiques dans les polycristaux mono-et biphasés. Les grandeurs locales sont calculées à l'aide de l'approximation autocohérente de l'équation intégrale cinématique reliant grandeurs locales et globales. Le calcul des déformations dans le domaine élastique permet de mettre en évidence l'origine des contraintes du deuxième ordre et de simuler de facon parfaite les courbes de mesure par diffraction des rayons X pour des matériaux isotropes et présentant des textures cristallographiques et morphologiques. Les calculs et les mesures de diffraction menés en parallèle pour des déformations plastiques en traction simple montrent que le modèle est également capable de prédire les contraintes résiduelles, leurs évolutions et leurs influences sur les courbes de diffraction. Le modèle simple de l'inclusion dans une matrice permet d'expliquer qualitativement le dédoublement des courbes de diffraction de matériaux multiphasés lié à des traitements de surface, mais également de le relier à la morphologie des constituants pour des déformations macrohomogènes
The aim of this work is to study influences of elastoplastic heterogeneities on microscopic stress and strain fields in one - and two phased polycrystals. Local stresses and strains are calculated owing to the self consistant scheme of cinematic integral equation linking local and global strains. Elastic strain calculations allow to show second order stresses and to simulate perfectly X-ray diffraction experiments on isotropic materials and materials with crystallographic and morphologic texture. Parallel calculations and diffraction experiments after tensile plastic déformations show that the model is able to predict residual stresses and their evolution during plastic straining, and their influences on X-ray diffraction experiments. The simple model based on the problem of an inclusion in a matrix allows to explain qualitatively the splitting of X-ray diffraction curves after surface machining in multiphased materials, and to link it to the morphology of the constituents for global homogeneous strains

Une microstructure totalement bainitique est recherchée pour certaines pièces mécaniques en acier. L'optimisation du procédé de traitement thermique en terme de microstructures finales (c'est à dire de propriétés mécaniques), de déformations et de contraintes résiduelles des pièces traitées passe par la modélisation fine des évolutions couplées de température, de microstructures et du comportement thermomécanique de ces pièces. Notre travail a consisté d'abord à étudier expérimentalement les cinétiques de transformation bainitique, le comportement thermomécanique des microstructures formées et l'influence d'une contrainte sur la transformation bainitique (plasticité de transformation et effet de la contrainte sur la cinétique) pour un acier moyennement allié (35MnV7). Nous avons ensuite mis en œuvre différents modèles de prévision des cinétiques de transformation de phases et de comportement thermomécanique à l'échelle d'épouvettes sans gradients (modèles macroscopiques et microscopiques). Les validations expérimentales effectuées à cette échelle ont permis de passer à l'échelle d'éprouvettes massives (gradients élevés) avec la prise en compte de l'ensemble des couplages dans des simulations numériques par éléments finis. L'incidence des transformations de phases sur la genèse des contraintes internes et des déformations au cours du refroidissement a été analysée en détail. La réalisation de traitements thermiques de trempe de cylindres instrumentés a permis de valider les simulations et surtout de montrer que la prise en compte de l'interaction contraintes internes - cinétique de transformation bainitique est nécessaire pour la prévision des distributions de microstructures et duretés finales
A fully bainitic microstructure is required for some mechanical steel parts. The simulation of the dedicated heat treatment process is necessary to optimise the parts in terms of final microstructures (i. E. Mechanical properties), residual stresses and distortions. The first part of the work deals with the experimental study of the bainitic transformation kinetics, the thermomechanical behaviour of the formed microstructures and the effect of an applied stress on the bainitic transformation (transformation plasticity and kinetic effect) for a middle alloyed steel. Different models for the prediction of phase transformation kinetics and thermomechanical behaviour (macroscopic and microscopic cnes) have been used at the scale of specimen without gradients. The. Experimental validations at that scale have allowed to move to the scale of massive specimen (with high gradients) for whlch the dlfferent coupllngs between thermal, metallurglcal and mechanlcal phenomena have been taken into account in finite element simulations. The influence of phase transformations on the development of internai stresses and deformations during cooling have been analysed in details. Moreover, quenching experiments with in-situ temperature measurements have allowed to validate the numerical simulations. It has been pointed out that it is necessary to take into account the effect of internai stresses on bainitic transformation kinetics to predict final microstructure and hardness distributions

Ce travail s’inscrit dans l’étude d’un procédé nouveau pour la génération d’une couche superficielle nanostructurée en surface des matériaux métalliques. Basé sur un concept proche de celui d’un grenaillage ultrasons, ce procédé, connu sous le nom de « surface mechanical attrition treatment (SMAT) » repose sur un mécanisme de raffinement des grains en surface des matériaux, jusqu’à l’échelle nanométrique, par l’intermédiaire de déformations plastiques sévères et aléatoires. Pour cela, le matériau à traiter est impacté par de multiples projectiles, le plus généralement, des billes, qui sont lancés avec des directions complètement aléatoires à la surface du matériau. Il en résulte la formation d’une couche superficielle nanostructurée sur plusieurs dizaines de microns. Du fait de la très faible taille des grains (inférieure à 100nm), la nanostructure est caractérisée par une large fraction volumique de joints de grains qui lui confère des propriétés physiques, chimiques et mécaniques différentes et, en général, supérieures à celles de son matériau homologue uniquement composé de grains de taille classique. On peut ainsi suggérer que la nanocristallisation superficielle d’un métal va permettre de significativement améliorer l’ensemble de ses propriétés mécaniques
This work aims to study a recently developed process for the generation of a nanocrystalline surface layer on metallic materials. Based on a concept, close to which of ultrasonic shot peening, this process, known as “surface mechanical attrition treatment (SMAT)” is based on a gain refinement mechanism down to the nanometer scale obtained by severe plastic deformations. In this way, the material to be treated is impacted by shot, in general, perfectly spherical balls, launch with random directions at the surface of the sample. Consequently, a nanocrystalline surface layer with a thickness of several tens of micrometers is formed. Because of the very small grain size, nanocrystalline materials are structurally characterized by a large volume fraction of grain boundaries, which may significantly after their physical, chemical and mechanical properties in comparison with conventional coarse-grained polycrystalline materials and which have grain sizes usually in the range of 10-300um. Thus, it may be suggested that the transformation of the surface layer of metals into surface nanocrystalline layer may enhance their overall properties

La méthode ultrasonore a été utilisée pour évaluer les contraintes résiduelles induites par soudage. Elle repose sur l'effet acoustoélastique qui traduit une dépendance de la vitesse de propagation des ondes acoustiques en fonction de l'état de déformation du solide. Dans le cas du soudage, la superposition des effets des contraintes et de la microstructure sur la vitesse de propagation conduit à surestimer les niveaux de contraintes. La prise en compte de la microstructure a été effectuée en déterminant la constante acoustoélastique et la vitesse de propagation V0 dans les différentes zones de la soudure, ce qui a permis d'obtenir des niveaux de contraintes comparables à ceux déterminés par la méthode du trou. Les mesures ont été effectuées en utilisant les ondes Lcr (ondes longitudinales de subsurface) sur des tôles et sur une virole soudée en adaptant dans ce cas la semelle du traducteur au rayon de courbure. La méthode pourrait être appliquée industriellement sùr des surfaces géométriquement bien définies.

Cette étude porte sur l'analyse en trois dimensions par diffraction X des contraintes résiduelles dans des matériaux cristallins à réseaux très déformés. Pour un diffractomètre prototype équipé d'un détecteur à localisation linéaire (DLL) et d'un goniomètre à 4 cercles avec un berceau d'Euler ouvert et décentré et une table de translation XY, nous avons rédigé et adapté des outils logiciels d'acquisition des mesures et de détermination du tenseur triaxial des contraintes. Des stratégies spéciales d'orientation des échantillons pendant leur exposition ont été mises au point pour analyser convenablement les déformations dans les matériaux à réseaux fortement perturbés. Compte tenu de la largeur des profils d'intensités mesurées qui déborde de la fenêtre de mesure du DLL, nous avons localisé les raies en mettant au point deux méthodes numériques (corrélation croisée modifiée et arc glissant) ou en utilisant la méthode du barycentre centré de F. CONVERT. En ne faisant pas l'hypothèse sigma(3,3)=0 dans le tenseur des contraintes, nous avons fait des mesures suivant au moins 6 directions spatiales phi que nous avons optimisées. Dans les matériaux que nous avons essayés, nous avons vérifié, par le calcul du tenseur des contraintes, que l'hypothèse sigma (3,3) voisin de zéro était licite. Les valeurs de sigma(3,3) sont faibles et généralement inferieures à l'incertitude de mesure. Avec les méthodes que nous avons mises au point, une analyse de contraintes peut être conduite avec un minimum d'incertitude en moins de 10 minutes pour une direction phi et en mois de 60 minutes pour un tenseur triaxial

La méthode du contour est une technique récente pour la mesure de contraintes résiduelles dans des structures mécaniques. Elle permet d'obtenir un champ de contraintes résiduelles en 2D. Dans la méthode du contour, l'échantillon est découpé en deux parties. Les contraintes résiduelles normales aux faces découpées se détendent, ce qui cause leur déformation. Le profil de déformation des faces coupées est mesuré, puis utilisé pour le calcul de contraintes résiduelles. La méthode du contour est basée sur le principe de superposition élastique. Sa théorie assume que la détente de contraintes résiduelles est entièrement élastique. Cependant, en pratique, la détente élastique de contraintes résiduelles peut être accompagnée d'une détente plastique, ce qui induit des erreurs dans les contraintes mesurées. Ce projet se concentre sur l'étude et le contrôle des erreurs de plasticité dans la méthode du contour. Les résultats de cette recherche fournissent d'importantes informations sur la façon dont les déformations plastiques affectent les résultats de la méthode du contour. Par ailleurs une nouvelle technique de coupe pour l'atténuation des erreurs de plasticité a été développée. Des outils de calcul et des instructions sont proposés pour l'estimation des erreurs de plasticité. Enfin des instructions pour la minimisation des erreurs de plasticité sont proposées et appliquées à la mesure de contraintes résiduelles dans un échantillon
The contour method has emerged as a promising technique for residual stress measurement in relatively large, thick and complex engineering components. The method involves making a cut in the sample of interest, measuring the subsequent relaxed deformation of the cut face and using this profile to back-calculate the original residual stress field by FE modelling. The method is based on the theory of elasticity in that the stress relaxation during test specimen cutting is assumed to be entirely elastic. However, when measuring residual stresses close to the material yield stress, plasticity can occur and affect the measurements.The main aim of this thesis was to develop methods of mitigating and estimating plasticity-induced errors in the contour method. The outcomes of this research provide a valuable insight into how accumulation of plasticity affects the performance of the contour method. A novel cutting strategy that aims at mitigating the plasticity-induced errors has been developed. Furthermore, procedures are developed to estimate the plasticity-induced errors. Finally guidelines are proposed and applied to a case study for mitigating the plasticity-induced errors in the contour method

Le procédé de soudage laser est largement utilisé dans les travaux d'assemblage, en particulier, dans ledomaine de l'industrie automobile. L'acier dual phase DP600 est un acier à haute résistance qui permet deréduire le poids de l'automobile dans le cadre de l'allègement des structures. Notre travail s' estessentiellement basé sur l'évaluation des contraintes résiduelles générées dans l'acier DP600 lors du soudagepar laser. Deux approches ont été réalisées. L'approche expérimentale a été réalisée à l'aide de méthodes derayon X et par neutrons pour calculer les contraintes résiduelles. L'approche de simulation a été réalisée parcouplage de différentes formulations numériques.Numériquement, le formalisme de la mécanique continue a été utilisé par des simulations par éléments finis(FEM) pour analyser et évaluer les contraintes résiduelles. Sur la base de tests de traction expérimentaux, lemodèle constitutif élasto-thermo-plastique de l'acier DP600 a été identifié. L'écrouissage du matériau a étéétudié par la loi de Ludwik et de Voce. A partir de résultats experimentaux, un modèle a été proposé et lesrésultats analysés en utilisant une loi de mélange martensite (écrouissage Ludwik) et ferrite (adoucissementde Voce). De même, nous avons étudié la sensibilité à la température en utilisant plusieurs modèles :Johnson-Cook, Khan, Chen. A partir de cette étude, nous avons proposé un modèle de sensibilité à tatempérature. Enfin, un modèle de sensibilité à la déformation plastique, à la vitesse de déformation issu destravaux d'A.Gavrus et un modèle d'anisotropie planaire définit par la théorie de Hill ont été ajoutés.Une méthode d'automate cellulaire (CA) 2D a été programmée pour simuler l'évolution de la microstructurelors de la solification liée au processus de soudage laser. Dans ce modèle, les phénomènes de nucléationavec prise en compte de l'orientation de la croissance, de la concentration et de la vitesse de croissance àl'interface solide/liquide, l'anisotropie de la tension de surface, de la diffusion, ainsi que la fraction desphases en présence ont été pris en compte. De plus, les équations de conservation ont été étudiées en détail etanalysés. Les résultats ainsi que le champ de température issu du modèle FEM ont été importés dans lemodèle CA. En comparant la simulation et les résultats expérimentaux, de bonnes concordances ont ététrouvées.Par la suite, nous avons réalisés un couplage des deux modèles CA et FEM. Concernant le procédé laser, lesrésultats du modèle par éléments finis ont été analysés. La géométrie de l'échantillon, la source de chaleur,les conditions aux limites, le comportement thermo-mécanique de l'acier dual phase DP600 telles que laconductivité, la densité, la chaleur spécifique, l'expansion, l'élasticité et la plasticité sont introduites. Lesmodèles d'analyse du terme d'écrouissage, de la sensibilité à la vitesse de déformation, de la sensibilité à latempérature, de l'anisotropie plastique et de l'anisotropie élastique ont été simulés. Les fractions volumiquesconcernant ta nature des deux phases en présence ont été également étudiées.Les résultats numériques finaux tes contraintes résiduelles ont été étudiées. Les comparaisons avec desmesures experimentales ont montré à la fois quels phénomènes étudiés sont prépondérants et tes effets moinsinfluents sur l'évaluation des contraintes résiduelles. Les résultats tes plus probants ont montré des bonnesconvergences entre l'approche numérique et expérimentale. Ces résultats confortent la robustesse du modèlenumérique developpé
Laser welding process is widely used in assembly work of automobi le industry. DP600 dual phase steeis a high strength steel to reduce automobile weight. Residual stresses are produced during laser weldingDP600. Continuum mechanics is used for analyzing res idual stresses by finite element simulation.Based on experimental tensile tests, the DP600 steel constitutive model are identified. The hardening termaccording to Ludwik law, Voce law and a proposed synthesis model are studied. The temperature sensitivityof Johnson-Cook, Khan, Chen and a proposed temperature sensitivity model are investigated. The strain ratesensitivity model proposed by A. Gavrus and planar anisotropy defined by Hi ll theory are also used.Cellul ar Automaton (CA) 20 method are programed for the simulation of solidification microstructureevolution during laser welding process. The temperature field of CA are imported from finite element analysimodel. The analysis function of nucleation, solid fraction, interface concentration, surface tension an isotropy,diffusion, interface growth ve locity and conservation equations are presented in detail. By comparing thesimulation and experimental results, good accordances are found.Modelling by a finite element method of laser welding process are presented. Geometry of specimen, heatsource, boundary conditions, DP600 dual phase steel material properties such as conductivity, density, specifiheat, expansion, elasticity and plasticity are introduced. Models analyzing hardening term, strain ratesensitivity, temperature sensitivity, plastic an isotropy and elastic an isotropy are simulated.The numerical results of laser welding DP600 steel process are presented. The influence of hardening term,strain rate sensitivity, temperature sensitivity and anisotropy on residual stresses are analyzed. Comparisonwith experimental data show good numerical accuracy.Keywords: Laser Welding, DP600, Residual Stress, Cellular Automaton, Hardening, Temperature sensitivity,Strain Rate Sensitivity, Anisotropy, Mixture dual phase law

Ce travail de thèse s'inscrit dans le cadre du développement d'une nouvelle boîte de vitesse au sein de la direction de recherche RENAULT et du remplacement d'un procédé de traitement thermochimique par une technologie induction. Il nous a semblé intéressant pour répondre à un besoin d'une maîtrise globale du procédé, de modéliser les différents domaines physiques liés à ce type de traitement : à savoir une analyse des phénomènes physiques et leurs interactions. Ce mémoire s'organise en trois parties / - Le 1er chapitre décrit l'état de l'art dans le domaine de la trempe de contour en particulier dans l'avancement des travaux en terme de simulation numérique. Une analyse des phénomène physiques et leurs interactions est réalisée - Dans les chapitres II et III, les équations des différents domaines physiques et les grandeurs, est mise en relief - Les chapitres IV et V constituent le cœur de ce mémoire. La simulation 2D et 3D a permis de mettre en évidence l'influence et la sensibilité de certains paramètres du procédé, les problèmes de traitement liés aux spécificités de la denture héliocoïdale et d'obtenir les temps de cycle, la répartition de contraintes et les déformations dans la pièce. Enfin, les 1er essais expérimentaux sont expérimentaux sont présentés et ces résultats sont comparés avec les prédictions de la simulation numérique. En conclusion, la modélisation numérique comme outil d'analyse et de compréhension des phénomènes physiques et d'aide à la conception et à la mise au point pour le traitement thermique par induction a été démontré
This work is a part of developpemnt of a new gear box by Research Departement of RENAULT. The aim of this work is to replace a thermo chemical by an induction contour harding. To have a perfect control of the process, the different physical phenomena were modeled. This report falls in 3 parts : the 1er chapter is dedicated to the state of the art of induction contour hardening and more particularly of its simulation. An analysis of physical phenomena is performed. In chapters 2 and 3, the equations and models needed are presented. The difficuty to obtain accurate measures is outlined. Chapters 4 and 5 are the heart of this report. The 2D and 3D simulation allowed the study of the process parameters influence and parameters sensibilities on the results. The difficulty to obtain a correct treatment of the gear because of the helical geometry of teeth is shown. The duration cycle, the strains and stress state in the part were calculated. First experimental results were compared to numerical predictions. In conclusion, numericla simulation has shown its usefulness in analys and understanding of physical phenomena, and appears as an efficient tool to design and optimise the induction heat treatment of helical gears

Ce travail de thèse a pour ambition d'apporter une contribution à l'étude de la croissance du disque intervertébral. Il s'inscrit dans un projet de recherche qui vise à développer de nouveaux outils prédictifs afin d'améliorer le traitement de pathologies liées au phénomène de croissance des cartilages et des fibrocartilages. Un second objectif est d'apporter des éléments de compréhension qui pourraient être utiles pour le développement de techniques novatrices d'ingénierie tissulaire.La première partie expérimentale de ce travail consiste en l'identification de propriétés mécanique quasi-statique de l'annulus fibrosus du disque intervertébral, au travers d'une loi de comportement hyperélastique anisotrope, ainsi que d'un champ de déformations résiduelles présent au sein de l'annulus fibrosus, par le biais d'un outil de corrélation d'images numériques. Cette double identification permet à la fois d'estimer le champ de contrainte in vivo de l'annulus fibrosus, mais aussi d'obtenir une trace historique du processus de croissance qui nous servira de référence dans la suite de l'étude.La prise en compte des déformations résiduelles dans un modèle numérique d'annulus fibrosus a permis de constater l’homogénéisation spatiale des déformations lors de chargements physiologiques. Ces résultats soulignent l’importance de la considération des déformations résiduelles dans l’estimation des déformations et des contraintes subies in vivo par l’annulus fibrosus.De plus, un scénario de croissance de l'annulus fibrosus associé à deux critères mécaniques générateurs de croissance ont aussi été implémentés en utilisant la méthode des éléments finis. Les résultats de cette étude numérique n'ont pas permis de reproduire le champ de déformations résiduelles estimé expérimentalement. Seul le modèle de croissance utilisant un critère mécanique anisotrope prenant en compte la direction des fibres présentes dans l’annulus fibrosus et dans le cas d’un chargement omettant volontairement un chargement vertical sur l’annulus fibrosus a permis de reproduire qualitativement les déformations résiduelles tangentielles mesurées expérimentalement.Afin de compléter la compréhension du phénomène de croissance du cartilage, une étude biomécanique d'un modèle in vitro de cartilage de synthèse a mis en évidence l'impact du facteur de croissance TGF-beta3 sur la rigidité de la matrice extra-cellulaire. Une corrélation forte entre les expressions géniques des cellules de cartilage et les propriétés mécaniques de la matrice extra-cellulaire a été trouvée. Cette corrélation forte entre l’activité cellulaire et la rigidité de la matrice extra-cellulaire, couplée à la difficulté des modèles de croissance actuels uniquement basés sur des critères mécaniques, ouvre d’intéressantes perspectives d’études sur la compréhension du phénomène de croissance sous contrainte mécanique. L'étude approfondie de cet échantillon permettra à terme d'enrichir les modèles de croissance afin de prendre en compte les différents phénomènes physiques présent au sein des tissus biologiques
This thesis aims to contribute to the study of the intervertebral disc growth. It is a part of a global reasearch program which focuses on the development of new predictive tools to improve treatments related to cartilage and fibrocartilage growth phenomenon pathologies. A second objective is to provide elements of understanding that could be useful for the development of innovative tissue engineering technics.The first experimental part of this work consists in the identification of quasi-static mechanical properties of the annulus fibrosus of the intervertebral disk, through an anisotropic hyperelastic constitutive law, as well as a residual strains field present within the annulus fibrosus, through a digital image correlation tool. This double identification makes it possible both to estimate the stress field in vivo of the annulus fibrosus, but also to obtain a historical trace of the growth process which will serve us as a reference in the rest of the study.We note the spatial homogenization of the deformations during physiological loadings when residual strains field is take into account in a numerical model of annulus fibrosus. These results underline the importance of the consideration of residual strains in the estimation of the deformations and stresses undergone by the annulus fibrosus.In addition, a growth scenario of the annulus fibrosus associated with two mechanical growth criterias has also been implemented using the finite element method. The results of this numerical study did not make it possible to reproduce the residual strains field estimated experimentally. Only the growth model using an anisotropic mechanical criterion taking into account the fibers direction present in the annulus fibrosus and in the case of a deliberately omitted load in the vertical direction on the annulus fibrosus has made it possible to qualitatively reproduce the tangential residual strains measured experimentally.In order to complete the understanding of cartilage growth, a biomechanical study of a synthetic in vitro cartilage model revealed the impact of the TGF-beta3 growth factor on the extracellular matrix cartilage stiffness. A strong correlation between the cartilage cell gene expressions and the mechanical properties of the extracellular matrix was found. This strong correlation between cellular activity and the rigidity of the extracellular matrix, coupled with the difficulty of the current growth models based solely on mechanical criteria, opens up interesting prospects for studies on the understanding of the phenomenon of growth under mechanical stimulus. In-depth study of this sample will eventually enrich the growth models to take into account the different physical phenomena present in biological tissues

L'epitaxie de znse a ete realisee sur differents substrats semiconducteurs par la methode de l'epitaxie en phase vapeur par les composes organometalliques (movpe). Les heterostructures elaborees ont ete principalement caracterisees par diffraction de rayons x, reflectivite et spectroscopie raman permettant une etude detaillee des contraintes residuelles dans les couches epitaxiees

L’élaboration de composites en cuisson autoclave est un procédé bien maîtrisé maisles cycles de cuisson peuvent être très longs, en particulier dans le cas de préimprégnésaéronautiques. L’objectif de ce travail de thèse est d’étudier la possibilité de diminuer letemps des cycles de polymérisation pour la fabrication de composites stratifiés minces àl’aide d’un procédé de cuisson rapide. Des essais de caractérisation ont permis de définirles grandeurs thermodynamiques du préimprégné carbone/époxy qui a servi de base ànotre étude ainsi que les paramètres du modèle cinétique de la résine. Une simulationnumérique du procédé de cuisson, basée sur une modélisation des couplages desphénomènes chimiques (polymérisation de la résine), thermiques (transferts de chaleuravec prise en compte de l’exothermie de la réaction) et mécaniques (formation decontraintes et déformations résiduelles) induits par le procédé, a été développée dans lebut d’optimiser les cycles de polymérisation. La caractérisation mécanique des matériauxélaborés à partir d’un dispositif de cuisson rapide mis au point au Laboratoire a permis dedémontrer que nous n’avions pas de pertes de caractéristiques par rapport aux piècesélaborées en autoclave
The autoclave polymerization is the bottleneck of the production flux for largepublic parts, hence the speedy polymerization process emerges to improve the productionratio. The objective is to study the possibility of reducing the cycle time of polymerizationfor the production of thin composite laminates using a fast cure process out-of-autoclave.Specific or standard chemical and mechanical characterization tests had been designed inorder to capture the expected characteristics for the model simulation and validate thesimulation results. According to the values obtained, an analysis based on the finiteelement technique is developed to simulate the speedy curing process of epoxy resincomposite. The analysis relates the cure temperature to the thermal, chemical and physicalprocesses occurring in the thin composite part during cure. Included in the analysis are theeffects such as the heat generation due to exothermic chemical reactions. For a specifiedcure cycle, the model could be used to calculate the temperature distribution, the degree ofcure of the resin inside the composite part as well as predict the residual curing stressesand the strains of the cured composite parts.Keywords :

Le parc d'installations nucléaires dont EDF a la charge est soumis régulièrement à des réévaluations de sureté. Concernant le risque sismique, ces réévaluations ont mené à la décision de prendre en compte les comportements non-linéaires des matériaux dans les structures lors des modélisations et des simulations numériques des bâtiments composant ce parc d'installations assez souvent réalisés en béton armé. Dans ce contexte, le besoin de disposer de modélisations représentatives du comportement de plaques en béton armé soumises à des sollicitations sismiques est fort et il s'est avéré que la littérature ne proposait que très peu de ce type de modélisation. Afin de répondre à ce besoin tout en cherchant à maîtriser la phase d'identification des paramètres du modèle, un modèle de plaque en béton armé pour des applications sismiques est proposé dans ce travail. Ce modèle, DHRC (Dissipative Homogenised Reinforced Concrete), est construit par une approche d'homogénéisation périodique. Il couple deux phénomènes dissipatifs : l'endommagement de la matrice de béton et le glissement interne à l'interface entre les barres de renfort en acier et le béton avoisinant. Ce couplage original entre endommagement et glissement permet une meilleure représentativité de la dissipation d'énergie au cours des cycles de chargement induite par la dégradation du matériau. Les paramètres du modèle global sont identifiés par une procédure d'homogénéisation automatisée et la résolution numérique de problèmes cellulaires. La procédure s'appuie sur les caractéristiques géométriques de la microstructure de la plaque et un nombre très restreint de caractéristiques matériaux, permettant ainsi à l'ingénieur de l'utiliser de manière simple et maîtrisée. Le modèle implanté dans le code de calculs par éléments finis ASTER est validé numériquement sur plusieurs structures tests sous des chargements simples et combinés. Sa capacité à simuler le comportement expérimental de structures voiles est également analysée. Des perspectives d'enrichissement du modèle à l'échelle microscopique sont proposées. Enfin, une simplification unidimensionnelle de ce modèle permet de représenter le comportement de barres en béton armé pour des représentations simplifiées de type bielles ou treillis ou pour modéliser le comportement de poteaux en béton armé en traction-compression.

Le soudage à fortement évolué ces dernières années, aussi bien pour le développement de nouveaux procédés que dans la maîtrise des propriétés; mais reste cependant le point faible et difficile à évaluer en ce qui concerne son comportement en fatigue. Dans ce travail, on a mis en évidence le rôle de certains facteurs d'influence sur le comportement en fatigue des assemblages soudés. La géométrie du cordon de soudure est l'un de ces facteurs qui font l'objet de notre étude. Un premier volet consiste à illustrer les différents paramètres géométriques qui influent sur la résistance à la fatigue d'un joint soudé puis nous avons mis l'accent sur l'étude du facteur de concentration de contraintes qui est un critère important dans la définition des points chauds qui correspondent aux zones d'amorçage. Ce présent travail nous a permis aussi de définir l'influence de quelques paramètres sur la distribution du champ de contraintes et sur les zones principales de concentration de ces contraintes. Une étude numérique sur la déchirure ductile a permis de préciser ces différents points. Le deuxième volet, expérimental, est consacré à l'étude du process en mettant l'accent sur l'influence des principaux paramètres du soudage MAG tout en se servant de la morphologie du cordon étudié et en validant notre approche numérique. Il s'agit d'une approche expérimentale, sur l'influence des paramètres de soudage et sur la géométrie du cordon afin d'optimiser ces paramètres opératoires.

Le procédé de soudage par friction malaxage ou Friction Stir Welding (FSW), est un procédé récent utilisé pour le soudage de pièces métalliques avec différentes applications dans les industries aéronautique, automobile, spatiale et ferroviaire. Les robots industriels sériels peuvent être utilisés comme moyen de soudage FSW mais, à cause de leur rigidité, ils se déforment sous l’effet des forces générées par le procédé. Ceci entraîne une déviation de trajectoire de l’outil de soudage en position et en orientation qui induit des défauts dans le cordon de soudure. Dans ce travail, deux méthodes de correction de déviations ont été développées. La première méthode est basée sur l’estimation des déviations en position et en orientation dans l’espace cartésien à partir des modèles du robot et de déformation élasto-statique des corps et transmissions. Les déviations estimées permettent de développer une approche de programmation de trajectoires adaptées au soudage FSW robotisé. Contrairement aux méthodes d’interpolation linéaire généralement envisagées, cette approche utilise des approximations de trajectoires par des courbes de Bézier ou B-splines. Les validations expérimentales pour des trajectoires complexes, avec un robot Kuka KR500-2MT, ont permis d’obtenir une déviation résiduelle moyenne de l’ordre de 0,3 mm et des cordons de soudure sans défauts. Cette précision de trajectoire atteinte pour le FSW permet de considérer une exploitation industrielle de la solution développée. La deuxième méthode de correction des déviations utilise un asservissement de position en temps réel avec un capteur de profil laser 2D dans la boucle de retour. Deux synthèses de lois de commande ont été explorées pour cet asservissement. Malgré les perturbations externes liées aux contraintes du procédé, les résultats expérimentaux sur des trajectoires de soudage rectilignes et curvilignes montrent une bonne stabilité de l’asservissement et conduisent à une déviation résiduelle moyenne de l’ordre de 0,1 mm. Les intérêts et les difficultés de la mise en œuvre de cette deuxième méthode ont également été mis en exergue
Friction Stir Welding (FSW) is a recent process used for welding metallic parts in aerospace, automotive, and railway industries. Serial industrial robots may be used as FSW welding machines, but because of their lack of stiffness, they undergo elastic deformation under the effect of stresses produced by the process. This causes a welding tool path deviation both in position and orientation, which induces defects in the weld seam. In this work, two path correction methods were developed. The first method is based on the prediction of the position and orientation deviations in the cartesian space from robot models and stiffness model of the links and the joints. The knowledge of tool deviations enabled the synthesis of a path programming approach adapted for robotic FSW. Unlike linear interpolation methods often used, this approach is based on approximations of the adapted path by Bézier or B-splines curves. Experimental validations on a Kuka KR500-2MT robot welding complex paths showed an average residual deviation of 0.3 mm and weld seams without defects. The path accuracy achieved makes it possible to consider an industrial exploitation of the developed solution. The second proposed correction method uses position feedback with a 2D laser profile sensor in the feedback loop for real-time measurement of deviations. Two controllers were designed to correct the deviations. In spite of the external disturbances related to the constraints of the process, experimental results obtained on straight and curvilinear welding paths showed the stability of the feedback loop and a mean residual deviation of 0.1 mm was achieved. The interests and difficulties of deploying this second method were also highlighted

Les objectifs de la thèse sont d’étudier l’influence de la pré-fissuration sur le développement de la corrosion des armatures du béton armé, les corrélations entre les pertes de section d’armatures dues à la corrosion et la fissuration du béton d’enrobage en résultant et l'effet de la corrosion sur les propriétés mécaniques des structures en béton armé soumis à un environnement salin. Les essais ont été réalisées pour étudier les différentes propriétés mécaniques comme la résistance à la flexion, la résistance au cisaillement, etc. Le travail expérimental est constitué de deux parties: dans la première partie des petits échantillons annulaires en mortier ont été testés afin d'observer l'effet des fissures sur la corrosion. Les résultats montrent que quelque soit l’ouverture des fissures, la corrosion démarre en fond de fissure et se propage le long de l’interface acier-béton endommagée en fond de fissure par la création de la fissure. Dans la deuxième partie, une étude approfondie a été réalisée sur une poutre en béton armé qui a été corrodée dans un environnement salin pendant 26 ans et une poutre non corrodée de même âge pour mieux comprendre l'effet de la corrosion sur les propriétés mécaniques (flexion, cisaillement , propriétés mécaniques de l’acier corrodé) d’éléments en béton armé. Un nouveau modèle a été proposé pour la relation entre la largeur des fissures de corrosion et la perte de section d'acier
The thesis aims to study the effect of corrosion on the mechanical properties of reinforced concrete reinforced concrete structures in chloride environment. Experiments were carried out in order to investigate the different mechanical properties such as bending strength, shear strength etc. The experimental work consists of two parts; in the first part small annular cement sand mortar samples were tested in order to observe the effect of cracks on corrosion. Results show that cracks whatever their width allows the corrosion onset at bottom of cracks and along the steel-concrete interface damaged zone caused by the creation of cracks. In the second part an extensive study was carried out on a 26-year-old corroded reinforced concrete beam and a non-corroded of same age in order to better understand the effect of corrosion on reinforced concrete members in flexion and shear. Impact of corrosion on the mechanical properties of steel in reinforced concrete was studied. A new model was proposed for the relationship between corrosion cracks width and loss of steel cross-section

Les travaux présentés dans ce mémoire traite du développement et de l'optimisation de nouvelles filières technologiques d'élaboration de circuits micro-ondes suspendus sur membrane diélectrique. Cette élaboration passe par l'étude physique, mécanique et électrique de nouveaux matériaux susceptibles de répondre aux cahiers des charges. Nous proposons la filière technologique basée sur la fabrication de membranes épaisses à partir des dépôts par plasma. L'intérêt majeur de cette technologie est d'améliorer la fiabilité mécanique du composant. Les résultats en terme de caractérisation fréquentielle montre un bon accord avec la filière développée auparavant et qui est dédiée essentiellement à la fabrication de circuits micro-ondes de surface assez faible sur membrane mince. Dans un second volet, nous proposons un banc de test pour la caractérisation mécanique des matériaux. Dans cette optique, un système de gonflement de membrane suspendue sous pression différentielle a permis de tester les propriétés mécaniques du nitrure de silicium. Les contraintes résiduelles et le module d'Young du matériau sont extraits. La dernière partie concerne la réalisation d'une antenne à émission surfacique de type Yagi-Uda sur membrane diélectrique. La miniaturisation et les technologies de micro-usinage volumique du silicium ont permis la réduction des dimensions, et surtout l'utilisation de ce type d'antennes en haute fréquence. Nous décrivons un nouveau procédé de gravure de silicium adapté à la fabrication de ce type d'antenne. La caractérisation électrique des structures fabriquées est en accord avec les résultats de simulation électrique. De plus, des simulations mécaniques des structures fabriquées sont présentées afin de clarifier l'origine des déformations des dispositifs.

L'élaboration de composites en cuisson autoclave est un procédé bien maîtrisé maisles cycles de cuisson peuvent être très longs, en particulier dans le cas de préimprégnésaéronautiques. L'objectif de ce travail de thèse est d'étudier la possibilité de diminuer letemps des cycles de polymérisation pour la fabrication de composites stratifiés minces àl'aide d'un procédé de cuisson rapide. Des essais de caractérisation ont permis de définirles grandeurs thermodynamiques du préimprégné carbone/époxy qui a servi de base ànotre étude ainsi que les paramètres du modèle cinétique de la résine. Une simulationnumérique du procédé de cuisson, basée sur une modélisation des couplages desphénomènes chimiques (polymérisation de la résine), thermiques (transferts de chaleuravec prise en compte de l'exothermie de la réaction) et mécaniques (formation decontraintes et déformations résiduelles) induits par le procédé, a été développée dans lebut d'optimiser les cycles de polymérisation. La caractérisation mécanique des matériauxélaborés à partir d'un dispositif de cuisson rapide mis au point au Laboratoire a permis dedémontrer que nous n'avions pas de pertes de caractéristiques par rapport aux piècesélaborées en autoclave.

L’indentation instrumentée (nanoindentation) est une technique d’analyse des données expérimentales utilisées pour atteindre les propriétés mécaniques de matériaux (dureté H, module de Young E) pour lesquels les techniques classiques sont difficilement applicables voire non envisageables. Ces paramètres mécaniques sont issus de l’exploitation de la seule courbe expérimentale charge-décharge. L’analyse de cette dernière repose sur des nombreux modèles reportés dans la littérature (Oliver et pharr, Field et Swain, Doener et Nix, Loubet et al.) qui considèrent la décharge purement élastique. De nombreuses expériences que nous avons menées, sur divers types de matériaux massifs (aciers inoxydables AISI304, AISI316, AISI430; aciers rapides HSS652; verre de silice SiO2) et revêtus de films minces de TiN et TiO2 ont montré que les propriétés mécaniques (E et H), déduites de la méthode de Oliver et Pharr, dépendent du pourcentage de la courbe de décharge considéré, de la charge appliquée et du rayon de la pointe. De plus, pour un système film-substrat, la technique est en général utilisée pour atteindre les propriétés in-situ du film ou du substrat, alors que la méthode de dépouillement fournit des paramètres composites qu’il faut ensuite déconvoluer. Dans la recherche d’une stratégie simple, permettant d’accéder au module élastique d’un film « dur » pour les applications mécaniques, nous avons fait appel à la simulation numérique. Le code de simulation numérique utilisé, est basé sur la méthode des éléments de frontière. Nos investigations numériques utilisant l’indentation sphérique nous ont permis de mettre en évidence un certain nombre de résultats utiles pour l’analyse des données expérimentales. Nous avons commencé par montrer que aussi bien pour un matériau massif homogène élastoplastique que pour un système film dur – substrat élastoplastique, la relation [delta]=a2/R demeure valable (R étant le rayon de l’indenteur, a le rayon de l’aire projetée de contact). Cela permet de représenter les résultats de l’essai d’indentation sphérique par la courbe pression moyenne F/[pi]a2- déformation a/R . Au début du chargement, la pente cette courbe est proportionnelle au module de Young du film tandis que la pente initiale de la courbe de décharge est proportionnelle au module d’élasticité du substrat. Une relation entre le déplacement de l’indenteur et [delta] , puis une méthode d’analyse d’indentation ont été établies. Enfin, la procédure a été validée numériquement et expérimentalement sur les données issues de l’indentation de divers combinaisons film-substrat (TiN/AISI430, TiN/HSS652 et TiO2/HSS652) avec succès
Depth sensing Indentation (nanoindentation) is an experimental technique increasing retained for the assessment of the mechanical properties of materials (hardness H, Young's modulus E) for which common homogeneous mechanical tests can not be performed or are extremely difficult to perform. The mechanical parameters are obtained from the indentation curve (the plot of the load vs penetration depth during both load and unload). Usually, some methodology reported in the literature (Oliver and pharr, Field and Swain, Doener and Nix, Loubet and al.) are used in order to assess E and H. We have performed a number of experiments on homogeneous materials (stainless steel AISI304, AISI316, AISI430; high-speed steel HSS652; glass SiO2) as well as a film-substrate system (TiN/AISI430, TiN/HSS652, TiO2/HSS652). Applying the Oliver and Pharr methodology, E end H vary with the applied load as well as the percentage of used unload curve retained for the analysis, as reported in the literature. Besides, in the case of the film-substrate system, only composite parameters are obtained instead of the in-situ films properties. In order to establish a simple strategy for the determination of the elastic modulus of a hard coating, we have carried out many simulations using a boundary element based numerical tool. Then a number of useful results have been identified. The well known elastic relation [delta]=a2/R between the relative approach [delta], the projected contact radius a and the punch radius R, remain valid in the plastic range for homogeneous as well as film-substrate specimens. This allows data indentation to be represented in term of mean pressure F/[pi]a2 vs indentation strain a/R . The initial slope of the loading part of the latter curve is proportional to the elastic modulus of the film, while the slope of the initial part of the unloading curve is proportional to the substrate elastic modulus. Our indentation procedure anlysis has been validated experimentally on a number of samples (TiN/AISI430, TiN/HSS652, TiO2/HSS652) after having established a relation between the punch displacement and the relative approach [delta]

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.

Cette thèse s’intéresse à l’étude la corrosion des armatures du béton armé à la fois sur les conditions de son initiation et de sa propagation mais également sur ses conséquences à long terme sur le fonctionnement en service des ouvrages.Le démarrage d’une étude à long terme sur les conditions de l’initiation et de la propagation de la corrosion en ambiance saline est présenté et les premiers résultats confirment l’initiation précoce de la corrosion mais montrent que l’influence des fissures sur la propagation dépend des conditions de leur exposition et de l’enrobage.Une étude a été réalisée sur la carbonatation en présences de fissures et sur ses conséquences sur l’initiation et la propagation de la corrosion. Des échantillons annulaires de mortier renforcé par une armature HA ont été fissurés. Les résultats ont montrés que quelque soit l’ouverture des fissures mécaniques, il y a une carbonatation des lèvres de la fissure et de l’interface acier-béton. Après exposition à des cycles d’humidification séchage, la corrosion se développe tout le long de l’armature mais avec une épaisseur plus importante en sous-face de l’armature ou la qualité de l’interface est moins bonne. Les résultats montrent que les fissures de corrosion induites par le développement de la couche de rouille prennent naissance à partir des micro-fissures dues à l’endommagement mécanique. Ce résultat est cohérent avec le développement des fissures de corrosion observées dans la partie sur l’initiation et la propagation de la corrosion en ambiance saline.Une autre partie de la thèse est consacrée à l’étude des propriétés mécaniques résiduelles de poutres en béton armé corrodées par 26 à 28 années de conservation majoritairement sous charge de flexion en ambiance saline.On s’intéresse d’abord au comportement en traction simple des aciers corrodés. La corrosion induite par les chlorures conduit à des piqûres de géométries très diverses qui rendent difficile l’évaluation de la section résiduelle d’acier. Cependant, il apparait que la contrainte effective de plasticité est peu affectée, la contrainte ultime est légèrement augmentée significative d’un écrouissage plus important après corrosion et surtout l’élongation à rupture est drastiquement réduite par la présence des piqures de corrosion.L’effet de la corrosion des armatures sur le comportement en flexion est ensuite étudié. La corrosion se traduit par un changement du mode de rupture, de l’écrasement du béton comprimé après une phase de plastification des aciers à la rupture fragile et brutale des armatures tendues après corrosion. La diminution de la capacité portante est proportionnelle à la perte de section d’acier dans les sections les plus sollicitées. La perte de ductilité ou diminution de la flèche à rupture des poutres en béton armé est très importante et pourrait remettre ne cause la sécurité dans le fonctionnement des éléments corrodés.L’effet de la corrosion sur la résistance à l’effort tranchant est ensuite étudié. Pour ce faire des éléments courts (poutres épaisses) sont testés en flexion simple. Les résultats montrent que la corrosion peut conduire à des changements de fonctionnement mécanique mais que la résistance vis-à-vis de l’effort tranchant est globalement peu affectée par la corrosion des armatures longitudinales ou des cadres d’effort tranchant. La complexité des phénomènes mis en jeu sur des éléments courts et l’importance des bielles de béton comprimées dans les effets d’arc peuvent expliquer ces résultats. Par ailleurs, la capacité d’ancrage des armatures droites corrodées apparait très largement supérieure à celle attendue compte tenu de la présence des fissures de corrosion et des prévisions issues de la littérature. Le confinement dû à l’appui et le fait que la corrosion naturelle n’affecte pas tout le périmètre des barres d’armatures peuvent expliquer ces résultats surprenants
This thesis aims to study the reinforcement corrosion embedded in reinforced concrete structures on both initiation and propagation of corrosion and its long-term consequences on the service life of structures. Firstly, a long-term study on the conditions for the initiation and propagation of corrosion in saline environment is presented and the first results confirm the early initiation of corrosion, but shows that the influence of pre-cracks on the propagation of corrosion depends on their conditions of exposure and concrete cover thickness. A study was conducted in carbon dioxide condition with presence of cracks to examine its impact on the initiation and propagation of corrosion. The results showed that whatever the mechanical crack opening, the crack edge and the steel-concrete interface were carbonated. Carbonation of the steel-concrete interface is likely to be due to mechanical damage induced by loading and stress transfer from the steel to mortar when creating cracks. This damage is also caused by the presence of internal micro-cracks around the steel bar. Following exposure to wetting-drying cycles, corrosion develops throughout the reinforcement but with a greater thickness of rust layer on the underside of the reinforcement where the quality of the interface is weaker. The results showed that the corrosion cracking induced by the development of rust layer arises from internal micro-cracks due to mechanical damage. This result is consistent with the development of corrosion cracks observed previously in saline environment. Another part of the thesis is to study the residual mechanical properties of corroded reinforced concrete beams of 26-28 years exposed to a saline environment under bending load. The behavior of single tensile steel corroded extracted from these corroded beams is studied. It is very difficult to know the true stress of tensile steels corroded "naturally" in concrete contaminated by exposure to chlorides. Indeed, the corrosion induced by chlorides leads to create corrosion pits with various geometries that make it difficult to determine accurately the residual steel cross-section. However, it appears that the true yield stress is unaffected, the true ultimate stress is slightly increased by corrosion but the total elongation at failure is drastically reduced by the presence of pitting corrosion. The effect of reinforcement corrosion on flexural behavior is then studied. The corrosion resulted in a change in failure mode, from concrete crushing in compression after yielding of tensile steel to brittle failure of tension reinforcement. The decrease of the load bearing capacity is proportional to the loss of steel section in the mid-span section. The loss of ductility or decrease in deflection at failure of reinforced concrete beams is very important and could be the limiting factor for the service life of corroded RC structures. It appears that the change in ductility of corroded reinforced concrete beam is correlated with the change in ductility of the steel due to corrosion. The effect of corrosion on the shear behavior is then studied. To make this, the short-shear span beams (deep beams) were tested under three point bending until failure. The results showed that corrosion can lead to changes in mechanical behavior but load bearing capacity of deep beams is generally unaffected by corrosion of longitudinal reinforcement and stirrups. These results can be explained by a coupled behavior between arch action and beam action leading to change in load transfer mechanism and failure mode. In addition, the capacity of straight end anchorage of corroded reinforcement appears to be very much higher than expected despite the presence of corrosion cracks. Concrete confinement effect due to the end support reaction and the “natural” corrosion condition which do not lead to a homogeneous damage all around perimeter of re-bars may explain these surprising results

Dans cette étude, le comportement mécanique des flexibles ondulés est étudié expérimentalement et numériquement. Afin de surmonter l’important coût de calcul, des solutions analytiques de la théorie des coques toriques ont été utilisées pour homogénéiser le comportement global en utilisant des poutres simples à propriétés équivalentes. Ensuite, le modèle analytique proposé a été vérifié en le comparant avec des modèles éléments finis en trois dimensions. Des essais expérimentaux ont été conçus pour étudier l’expansion sous pression et le comportement en flexion de ces structures. Il est démontré que lorsque le modèle est implémenté dans un code d’éléments finis, il donne des résultats acceptables avec une réduction considérable temps de calcul. D’autre part, l’importance de la prise en compte des contraintes résiduelles résultant de l’opération d’hydroformage a été montrée. Cette étude consiste aussi à simuler le comportement des tresses métalliques numériquement en utilisant différentes approches – une approche "micro-échelle" directe avec des éléments solides 3D ou des éléments de poutres pour chaque fil métallique, ainsi que des approches homogénéisées où des éléments finis continus sont utilisés pour représenter soit l’ensemble de la structure qui est le modèle "macro-échelle", soit chaque groupe de fils qui est le modèle "méso-échelle". Ces modèles sont comparés par la suite à des résultats expérimentaux, qui sont: un essai de traction simple et un essai d’expansion sous pression. Une investigation numérique et expérimentale de la tenue en fatigue des flexibles métalliques a été présenté. Des échantillons de flexibles ont été soumis à une série de tests de fatigue lors desquels l’amplitude de chargement mécanique était constante, avec une pression interne continuelle similaire aux conditions de travail. Sachant que ces configurations de chargements génèrent des contraintes (déformations) tridimensionnelles, la durée de vie de la structure a été extraite en termes de nombre de cycles à l’initiation de fissures (perte de pression interne). De plus, un modèle d’éléments finis a été créé en tenant en compte les contraintes résiduelles résultant du procédé d’hydroformage afin d’estimer et de comparer avec l’expérience la durée de vie en fatigue. Cette prédiction a été réalisée à l’aide de différentes approches : une approche contrainte-déformation qui est largement utilisée dans les codes commerciaux, une approche de plan critique, une approche énergétique et une approche basée sur le cumul d’endommagement
Hydroformed flexible tubes are essential structures used in several industrial sectors such as the automotive sector, the aviation industry or energy production, such as the production of renewable energy in solar thermal energy farms where the panels must both be supplying fluid along and follow the direction of the sun. These structures serve as connecting parts between the rigid parts different mechanisms, primarily used for damping vibrations and acoustic emissions, and, as their name suggests, they also allow flexibility and pressure expansion, which considerably improves the fatigue strength. The mastery and prediction of the mechanical behavior of these structures are very important from a safety point of view and an economic point of view. Indeed, their accidental breakage can cause very serious consequences due to their use in sensitive areas such as the nuclear industry. In this context, this thesis was launched between Compiegne University of Technology and industrial BOA-group to create digital approaches to behavioral predictions and estimating the life braided hoses that take into account extreme conditions (temperature and pressure) and the forming parameters and properties of the materials used. In terms of use, these products are subject to thermomechanical charge-discharge cycles and vibrations can induce complex deformed piping of wear due to friction and damage by fatigue, The purpose of the study is to develop a numerical approach validated by the experience to certify products and improve the design. This approach will allow to estimate the lifetime of braided wavy taking into account: - the initial state of the product after forming and assembly, - thermomechanical stresses, is defined by the specification, or encountered in specific use cases, - vibrations encountered during use in real cases. The expected results are the life of the products from a calculation model of their behavior using the characteristics of the materials and interaction braid / tube

Ce travail a pour objectifs de comprendre et de prédire les gauchissements de plaquettes en silicium durant le procédé de fabrication des composants électroniques de type PTIC. Ces gauchissements sont en partie responsables de plusieurs problèmes de productivité. Cette étude repose sur un couplage entre les calculs analytiques, la modélisation par élément finis et l’expérimentation. La caractérisation mécanique des films minces constituant l’empilement a été effectuée par des techniques spécifiques comme la nanoindentation complétée par des modélisations numériques. Les contraintes intrinsèques dans les films minces ont été déterminées en couplant des mesures de gauchissements des plaquettes et des calculs par éléments finis. Les valeurs du module d’Young et des contraintes intrinsèques obtenues constituent des variables d’entrée pour calculer les gauchissements de la plaquette par des approches analytiques et numériques. La complexité des structures (plaquettes avec des milliers de puces) a nécessité l’utilisation des modèles d’homogénéisation pour estimer numériquement les gauchissements. Les résultats obtenus ont permis de prédire les gauchissements à l’échelle des plaquettes dans le but d’optimiser les conditions de fabrication afin de minimiser les risques d’apparition des problèmes mécaniques
The aim of this work is to understand and predict the warpage of silicon wafers during the fabrication process of PTIC microelectronic components. The warpages are partially responsible for several productivity problems. This study is done by coupling analytical calculation, finite element modeling and experimentation. The mechanical characterization of thin films constituting the multi-layered stack has been carried out by an experimental method nanoindentation with the help of a finite element model. The intrinsic stress in the thin films has been determined by coupling measurements of the wafer warpage and a finite element model. The obtained Young’s modulus and intrinsic stress are used to feed the database for calculating the wafer warpage by analytical and numerical approaches. The complexity of the structures (thousands of components in the wafer) required the use of homogenized models to calculate the wafer warpage. These results obtained allow the prediction of the wafer-level warpage in order to optimize the fabrication process flow and therefore reduce the risk of the mechanical problem

Quelque soit le domaine d'application, qu'il soit électronique, mécanique, optique, magnétique ou biologique, les dimensions des dispositifs diminuent régulièrement. Dans cette course effrénée à la miniaturisation, la lithographie représente une étape technologique clé de la structuration d'un matériau. Son rôle, décisif, est rempli à ce jour par des outils de lithographie optique opérant dans l'ultraviolet profond. Les objectifs en terme de résolution et de rendement sont ainsi atteints et répondent aux exigences économiques des industriels de la microélectronique. Les outils de lithographie par faisceau d'électrons sont également utilisés mais, malgré une excellente résolution, les temps d'exposition sont extrêmement longs et cela compromet sérieusement leur utilisation en milieu industriel. L'amélioration continuelle de la résolution rend ces outils de plus en plus coûteux et les laboratoires de recherche, extérieurs au domaine de la microélectronique sont souvent incapables d'investir aussi lourdement pour la seule étape de lithographie. L'introduction et le développement de nouvelles techniques de lithographie résolvantes, rapides et peu coûteuses s'avèrent donc nécessaire. C'est dans ce contexte que sont apparues les techniques de lithographie par impression qui figurent désormais parmi les NGL (Next Generation Lithography).
L'objet de ce travail de thèse est l'étude et le développement de la technique de lithographie par nanoimpression. Ce travail est principalement axé sur l'étude et la caractérisation des films minces de polymère lors du procédé de lithographie par nanoimpression. Nous nous sommes essentiellement intéressés à la caractérisation des propriétés thermique et physico-chimique des films sur leur substrat, à l'uniformité de l'épaisseur résiduelle, aux mécanismes d'impression, aux déformations du moule ainsi qu'à ses conséquences et enfin aux instabilités des films de polymère lors de l'impression