Dissertations / Theses: 'Matériaux – Propriétés mécaniques – Microscopie'

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Odoni, Ludovic. "Propriétés mécaniques et effets d'échelle." Ecully, Ecole centrale de Lyon, 1999. http://bibli.ec-lyon.fr/exl-doc/TH_T1884_lodoni.pdf.

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Abstract:

Ce travail s'inscrit dans l'effort de compréhension et de mesure des propriétés mécaniques des solides aux échelles nanométrique et micrométrique. Les questions sousjacentes sont d'une part de cerner la limite des propriétés volumiques (limite de la mécanique des milieux continus) lors de la diminution de la fenêtre d'analyse et d'autre part, de décrire les nouvelles propriétés, si elles existent, liées à cette réduction d'échelle. L'analyse mécanique non-linéaire du mode Contact Interrnittent en AFM, donne accès à la mesure des propriétés mécaniques locales de polymère comme les modules de restitution et de perte, l'adhérence. Le résultat surprenant de cette analyse concerne le module de perte dont la valeur mesurée est supérieure d'un ordre de grandeur à celle issue d'essais volumiques macroscopiques. Les essais de nano-indentation, menés à vitesse de déformation constante, confirment et enrichissent ce résultat. Nous proposons d'introduire la notion de longueur caractéristique d'hétérogénéité, qui définit la dimension pour un matériau, en dessous de laquelle la réponse mécanique diffère de celle de la matière "homogène". Cette notion canonique pour un matériau hétérogène est étendue aux matériaux homogènes en composition. En deçà de cette dimension, le matériau ne peut plus être décrit qu'à l'aide d'outils statistiques. Un autre axe de ce travail est la description macroscopique des matériaux à l'aide des lois de comportement volumique. Un effort particulier est mené sur la description à l'aide des lois de comportement viscoplastique de matériaux polymères vitreux (PMMA et PS). Les données viscoplastiques obtenues par indentation et par le test de résistance à la rayure peuvent s'interpréter dans le cadre d'une théorie moléculaire d'activation de Eyring. Les résultats issus des essais menés à petite vitesse de déformation (< 0. 1 Hz) permettent de définir un volume d'activation du matériau polymère (lnm3 pour le PMMA et 0. 4nm3 pour le PS). Les données issues des tests de résistance à la rayure montrent qu'à grande vitesse de déformation (> 0. 1 Hz), la dissipation viscoélastique augmente dans le contact et que le volume d'activation déduit diminue. Ce phénomène est interprété comme une transition vers une relaxation de type (3 du matériau polymère. L'origine de la longueur caractéristique d'hétérogénéité reste à éclaircir. S'agit-il bien d'une évolution des propriétés mécaniques, liée à la diminution de la fenêtre d'analyse? S'agit-il d'une longueur liée aux propriétés intrinsèques de la surface? Cette dernière rendrait, par conséquent, les propriétés mécaniques d'une surface hétérogènes
This dissertation tries to conjugate the comprehension and measurement work to decrypt mechanical properties of solids at micrometric and nanometric scales. The underlying questions are both to locate the limits of bulk properties (frontier of continuous medium mechanic) when the analysis window is narrowed and furthermore to describe new properties related to the decrease in measurement scale, if any. The non-linear mechanical analysis of Intermittent Contact Mode in AFM enables the monitoring of local mechanical properties of polymer such as storage and loss modulus or adherence. The surprising result of this analysis concerns the loss modulus whose measured value is greater than the macroscopic bulk one by one order of magnitude. The nanoindentation tests operated at a constant strain rate confirm and enrich this result : a 'characteristic heterogeneity length' has been introduced to define for this material the dimension under which the mechanical response differs from the one of homogeneous matter. This concept is canonical for heterogeneous materials at micrometer scale (i. E. Polymer blends) and is extended to material which are homogeneous in composition. Beyond this characteristic length, materials can only be described through statistical means. Another development of this study concerns the macroscopic description of materials using bulk constitutive equations. A particular effort has been held to describe viscoplastic behavior of glassy polymers (PMMA and PS). The viscoplastic data obtained by nanoindentation experiments and scratch tests may be interpreted with the help of Eyring molecular theory of activation energy. The results obtained at small strain rate (<0. 1 Hz) enables the computation of an activation volume of the polymeric material (lnm3 for PMMA et 0. 4nm3 for PS). These activation volumes are in good agreement with the theoretical ones and those obtained by macroscopic analytical methods. The scratch test experimental data are showing that at high strain rate (>0. 1Hz) the viscoelastic loss in contact increases and the calculated activation volume decreases. The phenomenon is interpreted as a transition to a B type relaxation of the polymeric material. The origin of the characteristic homogeneity length is still to be enlighten. Should this be understood as an evolution of the mechanical properties due to the narrowing of the analysis window? Is this length related to intrinsic properties of surface? In this case, surface mechanical properties would thus be heterogeneous

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Nounah, Hassan. "Modélisation et caractérisation des matériaux à gradient de propriétés mécaniques par des méthodes microacoustiques." Montpellier 2, 1995. http://www.theses.fr/1995MON20117.

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Abstract:

Si actuellement les methodes quantitatives d'analyse en microscopie acoustique sont largement developpees sur des echantillons ayant une structure quasi-homogene, et dont les proprietes acoustiques ne varient pratiquement pas au voisinage de la surface, il n'en est pas de meme pour les materiaux ayant un gradient dans leurs proprietes mecaniques. C'est pour cela que nous avons developpe une importante etude aussi bien theorique que experimentale pour modeliser et caracteriser ces materiaux par des methodes microacoustiques. Sur le plan theorique, nous avons propose une methode originale de modelisation: elle est basee sur la subdivision du materiau a gradient en un nombre de couches suffisamment important pour que les parametres acoustiques varient de facon quasi-continue en fonction de la profondeur z suivant le profil du gradient considere. Ensuite, une etude fondamentale detaillee sur les courbes de dispersion pour differents couples de materiaux est presentee. L'analyse de ces courbes nous a permis de mettre en evidence deux points importants qui sont, suivant le couple de materiaux etudie: le point d'inflexion et le maximum de la courbure. Afin de completer cette etude, nous nous sommes interesses au probleme inverse qui nous permet, grace a ces points, de retrouver les caracteristiques physiques des materiaux a gradient. Les resultats experimentaux obtenus sur des echantillons d'acier, de verre et de materiaux metal/semi-conducteurs (in/gasb) ont confirme les previsions theoriques

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Song, Xinling. "Experimental characterization, modelling and simulation at the microscale of the mechanical behavior of fibre bundles." Electronic Thesis or Diss., Orléans, 2024. http://www.theses.fr/2024ORLE1014.

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Abstract:

Le comportement mécanique d’un renfort fibreux est fondamental lors de sa mise en forme pour la fabrication des matériaux composites. Afin de prédire ce comportement, des essais mécaniques seuls ne sont pas suffisants. Il est donc nécessaire d’obtenir une véritable loi de comportement du renfort en fonction des paramètres de la structure fibreuse. L’objectif de cette thèse est d’étudier le comportement mécanique d'un assemblage de fibres quasi parallèles. Pour atteindre cet objectif, il est donc nécessaire de comprendre et quantifier l’influence des paramètres de l’architecture fibreuse sur son comportement mécanique. Une démarche mixte expérimentale/numérique est proposée. La stratégie numérique consiste à réaliser des simulations numériques par éléments finis, en dynamique explicite, en modélisant chaque fibre par une poutre B31, en contact les unes avec les autres. Au niveau expérimental, et en utilisant des assemblages de quelques dizaines de fibres modèles de 500 microns, des essais de compaction/compression sous tomographe sont réalisés. Ces essais permettent d’obtenir l’évolution de l’architecture fibreuse en fonction du chargement imposé et des conditions aux bords appliquées. Des indicateurs d’évolution de la microstructure sont alors finis afin d’analyser et post-traiter les résultats. Un algorithme de reconstruction permet de reconstruire un modèle numérique représentatif de l’assemblage testé, où chaque fibre est modélisée par une poutre B31. L’identification de la loi de comportement de la fibre permet alors de réaliser les simulations de la structure testée. La comparaison sur plusieurs types d’échantillons permet de valider la démarche numérique et ainsi de mettre au point un estimateur virtuel utilisable pour simuler le comportement d’assemblage non existant. Par la suite, une stratégie de création d’architectures fibreuses virtuelles est mise au point pour l’étude paramétrique. Celle-ci permet de créer rapidement des architectures de tout type avec des paramètres d’architectures maitrisés. Grâce à l’ensemble des étapes précédentes une étude paramétrique peut être menée et ainsi l’influence de certains paramètres peut être établie : paramètre de la microstructure initiale, diamètre des fibres, facteur de frottement fibre/fibre et trajet de chargement. Cette dernière étape permet de démontrer l’efficacité de la démarche propose et ouvre également de nombreuses perspectives
The mechanical behaviour of a fibrous reinforcement is fundamental during its shaping for the manufacturing of composite materials. To predict this behaviour, mechanical tests alone are not sufficient. It is therefore necessary to obtain a true behaviour law of the reinforcement based on the parameters of the fibrous structure.The objective of this thesis is to study the mechanical behaviour of an assembly of quasi-parallel fibers. To achieve this objective, it is essential to understand and quantify the influence of the fibrous architecture's parameters on its mechanical behaviour. A mixed experimental/numerical approach is proposed. The numerical strategy involves conducting finite element simulations using explicit dynamics, where each fiber is modelled as a B31 beam, in contact with the others. Experimentally, using assemblies of a few dozen model fibers of 500 microns, compaction/compression tests are conducted under tomography. These tests allow for the observation of the evolution of the fibrous architecture depending on the imposed load and the applied boundary conditions. Microstructure evolution indicators are then defined to analyse and process the results. A reconstruction algorithm enables the creation of a representative numerical model of the tested assembly, where each fiber is modelled by a B31 beam. The identification of the fiber's behaviour law then allows for the simulation of the tested structure. Comparisons across several types of samples validate the numerical approach, thus enabling the development of a virtual estimator that can simulate the behaviour of non-existent assemblies. Subsequently, a strategy for creating virtual fibrous architectures is developed for parametric studies. This strategy allows for the rapid creation of various architectures with controlled parameters. With all the preceding steps, a parametric study can be conducted, establishing the influence of certain parameters : initial microstructure parameters, fiber diameter, fiber/fiber friction factor, and loading path. This final step demonstrates the effectiveness of the proposed approach and also opens up numerous future perspectives

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Chovelon, Eurydice. "Etude de l'influence de la microstructure, caractérisée par microscopie électronique en transmission et nano-usinage ionique "FIB", sur les propriétés mécaniques d'aciers bainitiques." Aix-Marseille 3, 2003. http://www.theses.fr/2003AIX30058.

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Abstract:

Depuis quelques années, de nouvelles familles d’aciers tels que les aciers Dual-Phase (ferrite/martensite), présentant des propriétés mécaniques intéressantes, ont été développés en vue d’utilisations dans l’industrie automobile. Toutefois, certaines applications nécessitent des résistances mécaniques encore plus élevées, supérieures à 800 MPa. C’est dans cette optique que nous développons en collaboration (TECSEN – Arcelor) de nouvelles nuances basées sur une microstructure multiphasées microalliées au vanadium. Pour ce faire, il est primordial de comprendre l’influence de la chimie et des traitements thermomécaniques sur la microstructure et la précipitation, qui déterminent les propriétés mécaniques des aciers. Quatre aciers bainitiques ainsi que deux produits de simulation ont été réalisés pour évaluer la contribution aux propriétés mécaniques de chaque constituants de l’acier. Le principal outil d’investigation dans ce travail, est la microscopie électronique en transmission associée aux techniques d’analyse chimique EDS et EELS. En plus des techniques classiques de préparation d’échantillons, nous avons utilisé pour la première fois le nano-usinage ionique (Focused Ion Beam FIB). Il s’est avéré que c’est une technique indispensable pour l’identification de toutes les phases constituant l’acier. Nous avons montré que ces aciers ont une microstructure de type bainitique inférieure contenant des îlots martensitiques en fractions volumiques variables (4 à 10%). Dans tous les aciers étudiés, cette bainite est constituée de grains ferritiques de l’ordre de 2 µm et d’une cémentite globulaire d’environ 100 nm. Néanmoins, la quantité de carbures de vanadium et de cémentite intragranulaire précipitée varie selon le traitement thermomécanique appliqué. En effet, la petite cémentite intragranulaire ne précipite que si la vitesse de refroidissement de l’acier ainsi que l’entrée dans le domaine bainitique correspondent à une certaine fenêtre d’opérations. Dans ce type d’aciers multiphasés et microalliés, en plus de la contribution de la microstructure, les carbures de vanadium permettent d’atteindre des résistances mécaniques de l’ordre de 900 MPa. Pour atteindre 1000 MPa, la fine cémentite intragranulaire (1 à 3 nm) est indispensable
Since few years, new families of steels like dual-phase steels (ferrite/martensite), with interesting mechanical properties have been developed for automobile industry. Nevertheless, some applications need higher mechanical properties, upper than 800 MPa. This is why we have developed, in collaboration (TECSEN – Arcelor), new steels with multiphase microstructure microalloyed with vanadium. In order to do that, it was essential to understand the influence of both the chemistry and the thermomechanical processes on microstructure and precipitation, which determinate the mechanical properties of steels. Four bainitic steels and two simulation products have been made to understand the contribution of each constituant on mechanical properties. The principal tool employed for this work was the transmission electron microscope coupled with an EDX analyzer and an electron energy loss filter. Classical techniques of sample preparation was used and for the first time, focused ion beam FIB was also used to prepare samples. It was found that this tool has played major role to identify all the phases present in the steel. We have showed that the microstructure of these steels consists of inferior bainite containing martensite in variable amounts (4 to10 %). In all the studied steels, the bainite contains ferrite grains and globular cementite. However, the amount of vanadium carbides and intra granular cementite depends on the thermomechanical process applied. The precipitation of small intra granular cementite is present only for particular cooling speed and entry in bainitic region. In this kind of multiphase and microalloyed steels, more than the contribution of the microstructure, the vanadium carbide allowed to reach mechanical properties of about 900 MPa. To reach 1000 MPa, the fine intragranular cementite (1 to 3 nm) is absolutly necessary

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Martinez, Rémi. "Modélisation multi-échelles des propriétés mécaniques d'un alliage d'aluminium de fonderie." Thesis, Paris Est, 2012. http://www.theses.fr/2012PEST1148.

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Abstract:

Ce travail présente les résultats d'un modèle théorique de précipitation de particules Al$_2$Cu dans un alliage d'aluminium de fonderie de type 319 traité thermiquement T7, prenant en compte les équations de la théorie de la coalescence. L'utilisation d'une distribution de taille de particules expérimentale discrétisée comme point de départ du modèle rend possible l'utilisation d'une équation de flux afin de modéliser l'évolution du rayon moyen des particules dans un élément de volume représentatif de l'alliage. L'utilisation d'un schéma numérique implicite permet de ramener la résolution du problème physique à l'inversion d'une matrice tridiagonale. Ainsi, l'évolution du rayon critique de coalescence, du nombre total et de la fraction volumique de précipités sont obtenus pour plusieurs vieillissements. Les résultats du modèle a été confrontés aux résultats des mesures expérimentales qui ont été réalisées à l'aide d'observations en microscopie électronique à transmission et qui ont permis une mesure de la taille des précipités. Ces derniers ont été assimilés à des sphères de volume équivalent aux plaquettes réelles et ont été analysés numériquement. Les résultats fournis par le modèle théorique sont en bon accord avec les mesures expérimentales et ont permis le couplage du modèle de coalescence avec un modèle micromécanique fondé sur la théorie des dislocations et calibré à l'aide d'essais de traction en température. Il permet de déterminer la limite d'élasticité de l'alliage pour un vieillissement jusqu'à 1000h compris entre 23°C et 300°C. La limite d'élasticité est alors assimilée à une somme de trois contraintes~: une contrainte liée à la friction de réseau (contrainte de Peierls), une contrainte liée au contournement des précipités par les dislocations (contrainte d'Orowan) et une contrainte liée à la présence de solution solide. Enfin, des essais de fatigue oligocyclique à différentes températures ont permis de déterminer les variables internes de la loi de comportement macroscopique. Il s'agit d'une loi élasto-viscoplastique de type Lemaitre et Chaboche, à laquelle la limite d'élasticité calculée par le modèle micromécanique est couplée. Ainsi, le comportement physique macroscopique de l'alliage est fonction de la coalescence des précipités. Des calculs 1D ou 3D, par éléments finis, permettent alors de déterminer le comportement général d'une culasse soumise à de la fatigue thermomécanique
This work highlights the results of a theoretical Al$_2$Cu particles coarsening model in a T7 thermal treated 319 aluminum alloy. As an input of the model, the experimental and discretised size distribution of the precipitates, in a 1$mu$m$^3$ representative volume element of the alloy, is used and coupled to a flux equation. The use of a numerical implicit scheme allows us to solve the problem by the inversion of a tridiagonal matrix. Thus, the evolution of the critical radius of coarsening, of the total number and of the volumical fraction of particles are modeled in a range of temperature going from 23°C to 300°C up to 1000h ageing time. Results were then compared to transmission electron microscope observations and are in good agreement with experimental measurements. Hence, the model was then coupled to a micro-mechanical model which is based on the theory of dislocations. It determines the real yield stress of the alloy generated by the interaction of the dislocations with the lattice (Peierls stress), with the precipitates (Orowan stress) and with the atoms in solid solution. Both models were then combined into a mechanical macro-scale model in order to represent the LCF behavior of the material. An elasto-viscoplastic law has been used and all the internal variables were experimentally determined using LCF stress/strain loops for the mechanical steady state. The simulation results are in good agreement with the experiments. Finally, 1D and 3D finite element computations could be run, taking into account the evolution of the microstructure during ageing and its impact on the evolution of the mechanical properties, to determine the head cylinder behavior under thermomechanical fatigue

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Delmas, François. "Influence des traitements thermiques sur les propriétés mécaniques d'un alliage AIMgSiCu." Toulouse 3, 2002. http://www.theses.fr/2002TOU30141.

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Travaillot, Thomas. "Caractérisation mécanique des matériaux élastiques à l'échelle locale par microscopie à pointe vibrante : Approche multimodale et mesure de champs." Thesis, Besançon, 2014. http://www.theses.fr/2014BESA2011/document.

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Abstract:

Ces travaux de thèse proposent une amélioration du Scanning Microdeformation Microscope (SMM),un microscope à sonde locale, pour la caractérisation mécanique élastique des matériaux à l’échellelocale. Il est montré qu’en utilisant n > 2 modes de résonance du SMM, il est possible de découplerles mesures du module de Young et du coefficient de Poisson d’un matériau isotrope.Une étude des modes du résonateur a permis d’enrichir son modèle afin qu’il puisse modélisern > 2 modes. Des procédures ont été développées pour identifier les paramètres de ce modèle etles constantes élastiques des matériaux à partir de n > 2 fréquences de résonance. Enfin, ces procéduresont été appliquées à des exemples de caractérisation à l’échelle locale afin de valider laméthode et d’en exhiber les possibilités et les limites.Pour gagner en robustesse et se diriger vers la caractérisation des matériaux anisotropes, un systèmed’imagerie interférométrique en lumière polarisée, permettant la mesure du champ de rotationde surfaces réfléchissantes dans une direction particulière, a été développé pour être intégré auSMM. Son prisme biréfringent à gradient uniaxial d’indice lui confère sa sensibilité à la rotation. Cesystème est capable de mesurer un champ de rotation localisé comme c’est le cas au voisinage dela pointe du SMM. Il a aussi montré son intérêt dans les cas où l’effet d’échelle rend particulièrementintéressante la mesure de la rotation
This work proposes an improvement of the Scanning Microdeformation Microscope (SMM), a scanningprobe microscope, for the mechanical elastic characterization of materials at local scale. It demonstratesthat using n > 2 SMM resonance frequencies allows to decouple Young’s modulus andPoisson’s ratio values for an isotropic material.The mechanical description of the resonator has been enriched in order to allow for an accuratemodeling over a wide frequency range. Procedures have been developed to identify the modellingparameters and the elastic constants of the materials from n > 2 resonant frequencies. Finally, theseprocedures have been applied to the characterization of various materials at local scale in order tovalidate the method and to present possibilities and limits.To improve robustness and move towards the characterization of anisotropic materials, a polarizedlightimaging interferometer was developed to measure the rotation field of reflecting surfaces in aparticular direction. The sensitivity to the rotation originates from a homemade birefringent prism withuniaxial gradient of refractive index. This system is able to measure a localized rotation field as it isinduced in the vicinity of the tip of the SMM. Its interest is also demonstrated in cases in which scaleeffects make the rotation measurement preferable to the out-of-plane displacement measurement

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Keller, Clément. "Etude expérimentale des transitions volume/surface des propriétés mécaniques du nickel polycristallin de haute pureté." Phd thesis, Université de Caen, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00403216.

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Abstract:

Le comportement mécanique du nickel polycristallin de haute pureté a été étudié en fonction de l'épaisseur et du nombre de grains dans l'épaisseur, à l'aide d'essais mécaniques et d'observations en microscopie électronique en transmission (MET). L'objectif principal est de caractériser l'effet d'une transition volume/surface des échantillons polycristallins métalliques en lien avec le microformage industriel. Le comportement mécanique a été examiné à l'aide de deux séries d'échantillons, une première dont l'épaisseur est fixée à 500 µm avec une taille de grains variable et une seconde dont la taille de grains est maintenue constante (100 µm) et dont l'épaisseur varie entre 12,5 µm et 6,4 mm. Ces deux séries d'échantillons, assurant la séparation des deux variables d'étude, possèdent une microstructure similaire caractérisée expérimentalement par diffraction des neutrons, EBSD et MET. Avec une réduction du nombre de grains dans l'épaisseur en dessous d'une valeur critique indépendante de la série d'échantillon, un fort adoucissement, une modification des caractéristiques du glissement plastique et une réduction des contraintes internes sont révélés. Cette valeur critique définit la borne inférieure du comportement mécanique polycristallin classique en dessous de laquelle le comportement multicristallin puis quasi-monocristallin apparaît. Cette transition semble due à l'existence d'effets de surface provoqués par la transition polycristal-monocristal.

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Wahyudi, Herman. "Étude des propriétés mécaniques des matériaux argileux en relation avec leur organisation à différentes échelles." Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 1991. http://www.theses.fr/1991ECAP0205.

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Abstract:

On a étudié en fonction des champs de contraintes et déformations provoquées par des chargements mécaniques monotones (essais triaxiaux classiques et dométriques) le comportement mécanique de deux matériaux argileux (kaolinite jaune, bentonite verte). L'évolution de la forme, de la taille, de la densité ainsi que de l'orientation des particules argileuses ont été mis en évidence par microscopie électronique à balayage et à transmission. A l'échelle microscopique, les résultats ont montré qu'ils existaient une délamination et une création d'une anisotropie dans l'organisation des particules lors des écrasements mécaniques monotones notamment sous chargement unidimensionnel. L'évolution des micropores réalisés par la porosimétrie au mercure et l'evolution de la surface spécifique des argiles trouvées par l'éthylène glycol en fonction de la déformation axiale ont permis de renforcer les resultats des microscopes électroniques. L'autre objectif de cette recherche expérimentale a été de mieux comprendre le mécanisme de la formation des plans de cisaillement. Les microscopes électroniques et optiques et le scanner X montrent des différences d'organisation des particules argileuses importantes aussi bien dans la zone juste a cote de la fissure que dans la masse de l'échantillon loin du plan de fissure. Ceci dépend également de la consolidation du matériau normalement ou fortement surconsolidé. Des différences de teneur en eau ou de densité de l'échantillon global indiquent que le matériau est hétérogène âpres rupture

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Megevand, Benjamin. "Contribution of atomic force microscopy to local mechanical characterization of polymer materials." Thesis, Lyon, 2018. http://www.theses.fr/2018LYSEI023/document.

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Abstract:

Ce travail de thèse a pour but de montrer comment des caractérisations nanomécaniques en AFM peuvent apporter une meilleure compréhension des relations structure-propriétés dans les polymères. Dans ce contexte, la technique elle-même et sa base théorique sont d'abord analysées pour mettre en œuvre une méthodologie robuste afin d'effectuer des mesures reproductibles. Deux études principales sont menées sur un thème commun : la compréhension des interactions entre les biopolymères et les liquides ioniques (ILs). Tout d'abord, la compatibilisation des mélanges PBAT/PLA par deux ILs différents (à savoir il-Cl et il-TMP) est étudiée. Les images AFM d'adhésion et de module local mettent en évidence les différentes microstructures, et soulignent que la compatibilisation résulte principalement d'une modification de l'interface PBAT/PLA, devenant une interphase cohésive. Ceci est dû à une interaction spécifique avec les cations et les anions de chaque liquide ionique, qui se situent préférentiellement au niveau de ces interphases. La deuxième étude porte plus précisément sur la modification du PBAT semi-cristallin par de petites quantités des mêmes liquides ioniques. Alors que il-TMP forme des nodules dissipatifs dispersés dans la matrice et une interphase cohésive avec celle-ci, il-Cl, miscible dans la phase amorphe du PBAT, augmente la mobilité de la chaîne dans la MAF (i.e. fraction amorphe mobile) et l'entrave dans la RAF confinée (i.e. fraction amorphe rigide), conduisant à des modifications intéressantes des propriétés macroscopiques. En plus de montrer certaines capacités intéressantes des ILs comme additifs dans les polymères, ces résultats dévoilent également un potentiel exceptionnel des caractérisations nanomécaniques en AFM pour la compréhension en profondeur des relations structure-propriétés dans les matériaux
This thesis work aims to show how nanomechanical characterizations in AFM can provide a better understanding of structure-properties relationships in polymers. In this context, the technique itself and the associated theoretical basis are first analyzed to implement a robust methodology in order to perform reproducible, quantitative measurements. Two main studies are carried out around a common topic: the understanding of the interactions between biopolymers and ionic liquids (ILs). First, the compatibilization of PBAT/PLA blends by two different ILs (namely il-Cl and il-TMP) is studied. Adhesion and local modulus mappings evidence the resulting microstructures, and highlight that the compatibilization mainly results from a modification of the PBAT/PLA interface, becoming a coherent interphase. This is due to specific interaction with the cations and the anions of each IL, which are preferentially located at those interphases. The second study is more specifically about the understanding of the modification of semicrystalline PBAT by the addition of small amounts of the same ionic liquids. While il-TMP forms dissipative nodules dispersed into the matrix with a cohesive interphase between both, il-Cl, miscible into the amorphous phase of PBAT, amplifies the chain mobility in the bulky MAF (i.e. Mobile Amorphous Fraction) and hinders it in the confined RAF (i.e. Rigid Amorphous Fraction), leading to interesting macroscopical properties modifications. More than showing some interesting capabilities of ILs as additives in polymers, those results also show an outstanding potential of AFM nanomechanical mappings for the in-deep understanding of structure-properties relationships in materials

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Youssef, namnoum Carol. "Etude de l'influence des additions minérales sur l'auto-cicatrisation des matériaux cimentaires : caractérisation expérimentale et modélisation des propriétés visco-élastiques." Thesis, Ecole centrale de Nantes, 2021. http://www.theses.fr/2021ECDN0020.

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Abstract:

Les sollicitations mécaniques et environnementales subies par le béton peuvent entraîner l’apparition de fissures menaçant la durabilité des infrastructures. L’auto-cicatrisation, définie comme étant la capacité de refermeture des fissures sans intervention humaine, apparaît de plus en plus comme une solution prometteuse dans la durabilité des structures. Dans ce travail, l’intérêt s’est porté en premier lieu sur le processus physico-chimique de l’auto-cicatrisation autogène dans les mélanges composés de ciment et d’additions minérales de plus en plus utilisées dans l’objectif de diminuer l’empreinte carbone des bétons. Le potentiel de cicatrisation a été suivi sur différentes compostions en analysant leurs comportements mécaniques en flexion trois points. En parallèle, la nature chimique des produits formés au sein des fissures créées artificiellement a été suivi par différentes techniques d’analyses et d’imagerie microscopiques (MEB, DRX, ATG). L’interprétation fine des résultats a permis de dégager des conclusions claires sur la capacité de l’auto cicatrisation des matériaux et sur la minéralogie des produits de cicatrisation en fonction de la composition initiale. Dans un second temps, le comportement visco-élastique d’éprouvettes de mortier cicatrisées ou en cours de cicatrisation a été investigué. Il s’agit à notre connaissance d’un travail pionnier dans ce domaine dont l’objectif est de fournir des éléments de compréhension supplémentaires sur l’interaction entre la continuité d’hydratation du matériau cicatrisant et la présence d’un chargement mécanique. La démarche expérimentale a consisté à la fois dans le suivi du fluage en flexion de matériaux cicatrisés ainsi que leur comportement mécanique résiduel après déchargement. En combinant les deux résultats, nous avons conclu que l’aspect évolutif des propriétés mécaniques avec la continuité d’hydratation du ciment en cours de cicatrisation entraîne une relation entre les regains mécaniques et le taux de déformation de fluage. Puis, une modélisation à l’échelle microscopique a été établie pour identifier et évaluer les mécanismes physiques du couplage fluage-cicatrisation. Dans l’approche proposée, l’évolution des regains mécaniques par l’auto-cicatrisation des pâtes virtuelles a été simulée et a confirmé les hypothèses expérimentales de l’influence du regain mécanique sur le comportement différé des matériaux cicatrisés
The mechanical and environmental loads undergone by concrete can lead to cracking threatening the durability of infrastructure. Self-healing, defined as the ability of a structure to repair itself without human intervention, is increasingly emerging as a promising solution to increase the durability of structures. In this work, the focus was primarily on the physico-chemical process of autogenous self-healing for mixtures composed of cement and mineral additions increasingly used with the objective of reducing the carbon footprint of concrete. The healing potential has been evaluated on different compositions to analyze their mechanical behavior by three-point bending tests. In parallel, the chemical nature of the products formed within the artificially created cracks are monitored by various microscopic analysis and imaging techniques (SEM, XRD, TGA). The detailed interpretation of the results allowed clear conclusions to be drawn on the self-healing capacity of the materials and on the mineralogy of the healing products depending on the initial composition. Secondly, the visco-elastic behavior of healed or healing mortars have been investigated. To our knowledge, this is pioneering work in this field whose objective is to provide additional elements on the interaction between the continuity of hydration of the healing material and the presence of mechanical load. The experimental approach consisted both in monitoring the flexural creep of healed materials as well as their residual mechanical behavior after unloading. By combining the two results, we concluded that the evolutionary aspect of the mechanical properties with the continuity of hydration of cement during healing leads to a relationship between mechanical regains and the rate of creep deformation. Then, a microscopic scale modeling has been established to identify and evaluate the physical mechanisms of the creep-healing coupling. In the proposed approach, the evolution of mechanical regains by self-healing of virtual cement pastes has been simulated and confirmed the experimental hypotheses of the influence of mechanical regains on the creep displacement of healed materials

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Leblond, Edith. "Nitruration de l'aluminium par voies ioniques." Ecully, Ecole centrale de Lyon, 1998. http://www.theses.fr/1998ECDL0005.

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Abstract:

L'objectif de la these est d'optimiser la synthese du nitrure d'aluminium a partir de l'aluminium massif dans le but de renforcer les proprietes superficielles du substrat metallique. Les deux types de traitements de surface selectionnes sont l'implantation ionique et la nitruration thermochimique assiste plasma. La premiere partie du document est consacree a une etude bibliographique sur les proprietes specifiques de l'ain, sur les differentes techniques experimentales utilisees ainsi que sur les resultats deja obtenus dans le contexte international. La deuxieme partie de la these est consacree aux resultats personnels. Les caracterisations physico-chimiques (rbs) des couches de nitrure elaborees par implantation ionique d'azote sont presentees dans le premier chapitre. Deux processus d'implantation ont ete mis en uvre, d'une part une implantation monoenergie permettant d'obtenir une couche enterree d'ain, et d'autre part une implantation multienergie permettant d'aboutir a une couche d'ain a partir de la surface. Le deuxieme chapitre est oriente sur l'etude microstructurale de l'aluminium implante en azote par les techniques complementaires de la diffraction des rayons x sous incidence rasante et la microscopie electronique a transmission. Le troisieme chapitre est base sur l'optimisation du procede de nitruration ionique sur l'aluminium massif sur site industriel. Vu les difficultes de nitruration ionique de l'aluminium, le probleme de la diffusion de l'azote dans l'aluminium est aborde dans le quatrieme chapitre par la determination du coefficient de diffusion de l'azote dans la matrice aluminium. Le cinquieme chapitre traite des caracterisations mecaniques de l'aluminium a la fois traite par implantation ionique (nanoindentation) et nitruration ionique (micro indantation). Enfin, le sixieme chapitre compare les proprietes tribologiques des couches de nitrure d'aluminium synthetise par implantation ionique avec celles obtenues par nitruration ionique.

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Pachon-Rodriguez, Edgar-Alejandro. "Étude de l’influence de la dissolution sous contrainte sur les propriétés mécaniques des solides : fluage du plâtre." Thesis, Lyon 1, 2011. http://www.theses.fr/2011LYO10284/document.

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Abstract:

L’importante augmentation de fluage des plaques de plâtre en milieu humide est un vieux problème dans l’industrie du bâtiment, dont l’origine n’est pas encore établie. Afin d’en comprendre le mécanisme une étude à trois échelles (macro : réponse mécanique, micro : cinétique de dissolution et nano : observation atomique) a été réalisée. Une corrélation forte existe entre le fluage du plâtre en immersion et la cinétique de dissolution du gypse. La concordance de cette corrélation avec une loi de déformation par dissolution sous contrainte, très utilisés en géologie, permet de proposer la dissolution sous contrainte comme un des mécanismes responsables du fluage du plâtre en immersion. L’évolution de la topographie de la surface du cristal de gypse immergé dans une solution aqueuse de gypse est observée par microscopie à force atomique (AFM). La cinétique de migration des marches atomiques est très dépendante de la sous-saturation de la solution, de la force d’appui de la pointe de l’AFM ainsi que des additifs utilisés. L’étude de l’influence de la force d’appui sur les vitesses des marches met en évidence la présence de deux mécanismes complètement différents. A fortes forces (> 15 nN) on observe un mécanisme d’usure de la surface, tandis qu’à faibles forces (< 10 nN) le mécanisme observé semble être la dissolution sous contrainte. L’évolution des vitesses des marches atomiques avec la force appliquée par la pointe est concordante avec une loi connue de dissolution sous contrainte
The huge enhancement of the creep of plasterboard by humid environments is an old problem in the building industry, but its origin remains unknown. To understand this mechanism a three scales study (macro : mechanical behavior, micro : dissolution kinetics, nano : atomic observation) has been done. There is a strong correlation between wet plaster creep and gypsum dissolution kinetics. The concordance between this correlation and the law of deformation by pressure solution, well-known in geology, permits to propose pressure solution as one of the mechanisms responsible of wet plaster creep. The topological evolution of the cleaved surface of a gypsum single crystal during its dissolution in a flowing under-saturated aqueous solution has been observed with an atomic force microscope. The kinetics of step migration strongly depends on the saturation state of the solution, the force applied by the tip on the surface, as well as the used additives. The study of the influence of the force applied by the tip on the step velocity evidence two different dissolution enhancement regimes. At high forces (> 15 nN) a corrosive wear behavior is observed, while at low forces (< 10 nN) pressure solution is the observed mechanism. The step velocity evolution with the force obeys the known kinetic law of pressure solution

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Bytebier, Karl. "Etude du comportement mécanique de la paroi cellulaire du bois par Microscopie à Force Atomique." Phd thesis, Université Montpellier II - Sciences et Techniques du Languedoc, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00648700.

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Abstract:

Le bois en tant que matériau présente des propriétés effectives exceptionnelles mais son origine biologique entraine un manque de stabilité physico-mécanique et biochimique ainsi qu'une grande variabilité d'organisation de ses éléments constitutifs à plusieurs échelles (cerne annuel, tissus ligneux, cellule, paroi cellulaire, matière ligno-cellulosique, macromolécules) qui limitent son utilisation. Nous avons, dans le cadre de cette thèse, utilisé la microscopie à force atomique en tant qu'outil de caractérisation des propriétés mécaniques. Le but était de quantifier les propriétés viscoélestiques de couche de la paroi cellulaire de bois. Les travaux ont porté sur la mise au point de protocoles expérimentaux visant à l'amélioration de la qualité des échantillons de bois, à la calibration de la raideur et du rayon de pointe des microleviers utilisés en AFM et de sa réponse lors de l'utilisation d'un mode AFM particulier: le mode contact résonnant. Les résultats obtenus se situent dans la même gamme que les valeurs issues de la littérature, et laissent entrevoir des développements futurs pouvant apporter des réponses qu'il ne semble pas possible d'atteindre avec les autres méthodes disponibles à l'heure actuelle.

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Simon, Anne. "Intérêt de la microscopie de force atomique sur la biofonctionnalisation de matériaux : caractérisation du greffage et de l'adhésion cellulaire." Bordeaux 1, 2002. http://www.theses.fr/2002BOR12583.

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Abstract:

Cette étude se situe dans le contexte de la conception de biomatériaux biofonctionnalisés. Nous proposons ici de développer de telles surfaces par le greffage d'une monocouche de peptides adhésion de type RGD. Le greffage du peptide est ainsi bien établi et caractérisé par mouillabilité, XPS, PM-IRRAS, et MFA. La seconde stratégie consiste à adsorber des protéines adhésives sur des surfaces de silice silanisée. La MFA montre ensuite sa potentialité dans létude de cellules vivantes, dans leur milieu de culture. Différents états d'adhésion de ces cellules sont établis suivant la surface de dépôt. La perte d'adhérence est testée pour chaque condition envisagée, en appliquant une force extérieure avec la sonde du MFA. L'évolution du comportement dynamique des cellules est ensuite suivie. Nous présentons enfin une nouvelle approche pour corréler les propriétés mécaniques des cellules osseuses à leur état d'adhésion, à partir de l'analyse d'images obtenues par MFA.

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Chermaneanu, Raducu. "Représentation de la variabilité des propriétés mécaniques d’un CMO à l’échelle microscopique : Méthodes de construction des distributions statistiques." Thesis, Bordeaux 1, 2012. http://www.theses.fr/2012BOR14485/document.

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Abstract:

Aujourd’hui, les matériaux composites sont très largement utilisés, notamment dans la réalisation de structures aéronautiques, grâce à leurs nombreux avantages fonctionnels. Leurs caractéristiques mécaniques spécifiques (propriétés/masse volumique) nettement supérieures à d’autres matériaux plus classiques, tels que l’acier ou l’aluminium et la réalisation de formes complexes, font de ces matériaux des candidats très compétitifs dans de nombreux secteurs au-delà de l’aéronautique. Toutefois, ces matériaux présentent à différentes échelles d’observation des sources de variabilité caractéristiques à chacune d’entre elles. Le procédé de fabrication des pièces ainsi que les propriétés des constituants élémentaires en sont les principaux responsables. Trois niveaux (ou échelles) d’observation sont usuellement considérés dans les matériaux composites : l’échelle microscopique (fibres et matrice), l’échelle mésoscopique (pli) et enfin l’échelle macroscopique (stratification de plis). Les sources de variabilité se propagent à travers les échelles et génèrent finalement des comportements mécaniques dispersés à l’échelle de la structure. La prise en considération de cette variabilité s’avère alors pertinente pour le concepteur, désireux d’obtenir un indicateur de la fiabilité du matériau ou de la structure composite qu’il conçoit. Pour cela, il est nécessaire de transférer à moindre coût de calcul cette variabilité dès l’échelle microscopique et jusqu’à l’échelle de la structure. La construction de lois de distribution des propriétés mécaniques équivalentes en fonction de la variabilité présente à chaque échelle est alors indispensable. L’objectif de ce travail de recherche a été d’élaborer des distributions du comportement homogénéisé du matériau à l’échelle des fibres et de la matrice en fonction de la variabilité existante à cette échelle. La réduction du temps de calcul nécessaire à leur obtention a été également visée. À partir d’une observation microscopique réalisée sur une coupe d’un CMO, la variabilité morphologique du milieu hétérogène a été caractérisée et six types différents de motifs d’arrangements de fibres regroupés en cellules ont ainsi été identifiés. Des cellules virtuelles, physiquement raisonnables, ont été générées et proposées pour établir des lois de distribution du comportement équivalent par type de cellule, en fonction des paramètres variables pertinents retenus à cette échelle. En ce qui concerne la réduction du temps de calcul nécessaire à l’élaboration de ces lois de distribution, une démarche reposant sur l’utilisation des réseaux de neurones a été proposée. Cette démarche a été illustrée sur une cellule de type 6 et pour un nombre de 1000 calculs EF de référence, afin d’apprécier la qualité de l’approximation ainsi que la diminution du temps de calcul. La réduction du temps de calcul s’est avérée significative. Le gain du temps a été d’environ 95 %
Nowadays, composite materials are very widely used, notably in the domain of aeronautical structures, thanks to their numerous functional benefits. Their specific mechanical properties (properties/density) far superior to those of conventional materials, such as steel or aluminum and the realization of complex shapes, make these materials perfect candidates in many areas beyond aviation. However, these materials present at different observation scales sources of variability peculiar to each one. The manufacturing process and the properties of the elementary constituents are in fact the principal cause of these sources of variability. Three levels (or scales) of observation are usually considered regarding composite materials: the microscopic scale (fibers and matrix), the mesoscopic scale (ply) and finally the macroscopic scale (laminate material). The sources of variability propagate trough the scales and finally generate dispersed mechanical behaviors at the structure scale. Taking into consideration these sources is proved to be a relevant work by the designer, which in turn will allow him to calculate an indicator of the composite structure reliability that he is conceiving. To be able to do the latter work, it is necessary to transfer this variability at a lower computational cost from the microscopic level up to the structure scale. The construction of equivalent mechanical properties distributions according to the variability present at each scale is then essential. The objective of this research work was to build statistical distributions of the homogenized behavior of the material at the scale of fibers and matrix, according to the existing variability at this scale. Minimizing the computation time required for obtaining these distributions was another important objective. From a microscopic observation made on a section of a CMO, the morphological variability of the heterogeneous medium has been characterized and six different types of arrangements patterns of fibers grouped into cells have then been identified. Physically reasonable virtual cells have been developed and suggested, in order to build the equivalent behavior distribution by cell type, according to the relevant variables selected at this scale. Now, in order to minimize the computing time required for the creation of these distributions, an approach based on neural networks was proposed. This approach was used for a type 6 cell and for a number of 1000 FE calculations, in order to evaluate the quality of the approximation as well as the reduction of computation time. Hence, the reduction of the computation time was significant, at an approximate rate of 95 %

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Scida, Daniel. "Étude et modélisation du comportement mécanique de matériaux composites à renforts tisses hybrides et non hybrides." Compiègne, 1998. http://www.theses.fr/1998COMP1168.

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Abstract:

L'objectif de ce travail est d'apporter une aide à la décision quant au choix d'un matériau composite à renfort tissé hybride et non hybride pour une application où les effets du vieillissement conditionnent la décision. Cet objectif nécessite à la fois une approche expérimentale et théorique. L'approche expérimentale est menée, à partir d'essais standards (traction, flexion et torsion), par une caractérisation des propriétés élastiques et ultimes de chaque constituant (résine et unidirectionnel) et de chaque composite à renfort tissé. L'identification des mécanismes d'endommagement est ensuite obtenue sur la base des essais précédents puis d'essais de délaminage (mode I, II et mixte (I+II)) par l'utilisation d'une méthodologie associant les techniques d'émissions acoustiques et de microscopie. L'analyse met en évidence l'influence du vieillissement des résines, des fibres et des interfaces sur les modes de rupture du composite pouvant ainsi être très différents avant et après vieillissement. La seconde partie est consacrée à la modélisation du comportement mécanique des composites à armure hybride ou non dans les domaines élastiques et jusqu'à rupture. A partir d'une décomposition de la cellule de base, l'application de la théorie du stratifié permet de déterminer les propriétés élastiques 3D du composite en fonction des constituants, de l'armure, du titre des mèches et des caractéristiques géométriques puis de prédire les ruptures locales et finales du composite après prise en compte des endommagements successifs des constituants (résine et mèches). Le modèle aboutit à un logiciel de calcul nommé Mesotex permettant d'analyser aisément l'influence des paramètres structuraux (titre des mèches, armure, quantité de résine et hybridation) sur les propriétés élastiques et à rupture du composite. L'étude paramétrique conduit à faciliter le choix d'un matériau et d'atteindre un compromis coût/masse/performance optimisé.

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Jean, Aurélie. "Etude d'un élastomère chargé, de sa nanostucture à son macro-comportement." Paris, ENMP, 2009. http://pastel.paristech.org/5215/01/Thèse_A-Jean.pdf.

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Abstract:

En mécanique des matériaux, la volonté actuelle est de chercher à mieux comprendre certains phénomènes macroscopiques en étudiant la microstructure et les phénomènes physiques à l'échelle microscopique. Cette approche est rendue possible par les nombreux développements dans les techniques d'homogénéisation en mécanique multi-échelles. Dans la présente thèse, on travaille sur les élastomères chargés pour lesquels de nombreuses propriétés mécaniques sont étroitement liées à l'arrangement des particules et agrégats de noir de carbone dans la matrice élastomère, à l'échelle microscopique. La démarche adoptée s'articule autour de deux objectifs principaux. Le premier consiste à modéliser la morphologie de la microstructure du matériau. Pour cela, on met en place un modèle aléatoire de morphologie mathématique décrivant chaque échelle de la microstructure. On propose une méthode d'identification de ce modèle à partir de l'exploitation d'images de microscopie à transmission. Cette méthode trouve son originalité dans le fait d'optimiser le modèle en simulant des images de microscopie à transmission, sur lesquelles on mesure les moments statistiques d'ordre deux et trois que l'on compare aux moments expérimentaux. Cette méthode permet finalement de simuler des microstructures dont la morphologie est très proche de celle du matériau réel. Le second objectif consiste, à partir des microstructures ainsi simulées, à déterminer les propriétés effectives du matériau par le calcul par éléments finis à travers la notion de Volume Elémentaire Représentatif (VER). L'idée est de déterminer la taille du VER par une méthode numérique et statistique en cherchant à estimer les propriétés effectives par une approche de type Monte-Carlo, pour des simulations de microstructures de tailles croissantes. La déterminaton du VER porte sur les modules élastiques et la conductitivité électrique. De nombreux outils tels que le maillage par éléments finis ou encore le calcul parallèle appliqué aux matériaux présentant un fort contraste sur les propriétés entre les phases, ont été explorés afin de mener à bien ce dernier objectif
In mechanics of materials, a current issue is to better understand macroscopic phenomena by the study of microstructure. This approach is possible thanks to several developments of homogenization techniques in multiscale mechanics. In this PhD-Thesis, rubber with carbon black fillers is considered. Several mechanical properties of this material are strongly linked to the scattering of carbon black particles and aggregates in the elastomeric matrix at macroscopic scale. Two main objectives are pursued in this thesis. The first one consists in modeling the 3D microstructure of material. For that purpose, we establish a mathematical random morphological model of different scales of the microstructure. A dedicated parameter identification of this model on transmission microscopy images is presented. The originality of this method resides in the optimization process that we develop where a comparison of statistical moments between computed numerical transmission microscopy images and experimental data is carried out. We are able to compute microstructure morphologies very close to real ones. The second objective consists in determining the effective material properties, namely the elastic moduli and the electrical conductivity, of this material. Finite element simulations and the notion of Representative Volume Element (RVE) are used. The latter can be obtained by Monte Carlo evaluation of apparent properties on randomly generated microstructures of growing size. Several tools like finite element meshing and parallel computations applied to heterogeneous materials with high contrast were investigated for that purpose

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Declairieux, Charles. "Etude microstructurale et thermomécanique d'alliages à mémoire de forme de type HfPdX et TiAuX à hautes températures de transformation." Paris 6, 2011. http://www.theses.fr/2011PA066266.

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Abstract:

Les Alliages à Mémoire de Forme sont connus pour développer des comportements mécaniques remarquables. Pour appliquer ces propriétés si particulières à des températures plus élevées, des études expérimentales sur de nouvelles compositions sont entreprises. Ce travail a eu pour objectif d’augmenter les connaissances fondamentales sur deux systèmes que sont Hafnium-Palladium et Titane-Or. Nous présentons et discutons de résultats expérimentaux obtenus, sur leur comportement thermique, leurs propriétés mécaniques ainsi que les microstructures des phases qui les composent. L’étude des alliages du système Hf-Pd s’est révélée particulièrement intéressante, en particulier sur le plan des microstructures. Ces alliages développent une transformation martensitique à haute température et leur martensite présente une structure de symétrie monoclinique. Les résultats de mémoire de forme obtenus avec l’alliage Hf50Pd50 n’ont, en revanche, pas été à la hauteur de nos objectifs. L’alliage Ti50Au50 a pour sa part montré un très bon potentiel. L’effet mémoire qu’il développe est très encourageant même si une amélioration de ses propriétés doit être envisagée. Des pistes en ce sens ont été avancées ainsi que des solutions pour limiter les dégâts causés par l’oxydation à haute température

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Planes, Nicolas. "Propriétés physiques de 3C-SiC sur substrats SOI : perspectives d'application." Montpellier 2, 1999. http://www.theses.fr/1999MON20156.

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Abstract:

Cette etude porte sur l'integration du carbure de silicium cubique (3c-sic) a la technologie silicium en general et soi (silicium sur isolant) en particulier. Elle s'inscrit dans le cadre d'un projet europeen brite-euram visant a la realisation d'un capteur de pression, pouvant travailler a haute temperature (jusqu'a 700\c) dans un environnement hostile (liquide de freins, forages petroliers, etc). Dans une premiere partie, apres une courte presentation des caracteristiques physiques de sic, nous nous attardons sur la croissance de 3c-sic sur substrat si. En effectuant des mesures de diffraction x, de spectroscopie micro-raman et de reflectivite infrarouge, nous evaluons (i) les proprietes physiques des seuls echantillons commerciaux de 3c-sic/si actuellement disponibles sur le marche ; ils sont fournis par la societe hoya corp. Au japon ; et (ii) les possibilites d'utilisation du silicium poreux en tant que substrat compliant. Le second volet de ce manuscrit est consacre a l'etude de la stabilite du materiau soi, de type unibond et simox. Nous mettons pour la premiere fois en evidence que les substrats soi nominaux sont en equilibre instable. Il existe une forte interdependance entre les proprietes des couches de silicium superficiel (sol) et d'oxyde enterre (box). Nous montrons aussi que, en fonction de l'epaisseur de sol, le box subit une forte variation de contrainte interne. Les deformations inhomogenes de silicium de surface sont quantifiees, et leur effet sur les spectres raman est explique a l'aide d'un modele theorique. Dans la derniere partie, nous etudions l'effet des parametres de croissance (temperature, vitesse, choix du materiau soi et epaisseur de sol) sur les deformations de la structure sic/soi. Apres depot, le caractere compliant et isolant du substrat soi est systematiquement evalue. Nous presentons enfin les caracteristiques d'un capteur piezoresistif a membrane sic/soi, ainsi que son comportement en temperature dans la gamme 25\c-700\c.

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Dubois, Jean-Baptiste. "Conducteurs nanocomposites métalliques élaborés par déformation plastique sévère : formation et stabilité thermo-mécanique des nanostructures, propriétés induites." Poitiers, 2010. http://theses.univ-poitiers.fr/26782/2010-Dubois-Jean-Baptiste-These.pdf.

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Abstract:

Ces travaux de thèse concernent l'étude de matériaux nanocomposites métalliques à base de cuivre/niobium (Cu/Nb), combinant conductivité électrique et limite d'élasticité élevées et développés pour la fabrication de bobines résistives de champs magnétiques pulsés intenses. Les conducteurs nanocomposites Cu/Nb continus sont élaborés par une méthode de déformation plastique sévère (DPS), basée sur des cycles d'extrusions, d'étirages et d'empilements successifs, conduisant à la formation d'un matériau nanostructuré multi-échelle. Afin d'optimiser le procédé de fabrication, l'effet des traitements thermiques sur les textures ainsi que leur formation au cours de l'élaboration ont été étudiés par diffraction des rayons X en laboratoire. Des expériences complémentaires de traitements thermiques in-situ sous rayonnement synchrotron ont permis une meilleure compréhension des mécanismes élémentaires de restauration de la microstructure et la définition d'un traitement thermique optimisé. La stabilité thermique des conducteurs apparaît aussi fortement dépendante des dimensions microstructurales : une frustration des phénomènes de restauration, de recristallisation et de croissance des grains est observée pour les conducteurs nanostructurés. Ces résultats ont permis de fabriquer des conducteurs « co-axiaux » optimisés, renforcés par des nanofilaments et des nanotubes de niobium. Leurs propriétés microstructurales et physiques ont été caractérisées et comparées aux anciennes générations de conducteurs nanocomposites Cu/Nb. Les propriétés obtenues et la possibilité d'élaborer de grandes longueurs de fils rendent ces matériaux compétitifs pour les futures applications en champs pulsés
This thesis concerns the study of metallic nanocomposite copper/niobium (Cu/Nb) wires, combining high electrical conductivity and high strength, as required for the design of high magnetic field resistive coils. The reinforced continuous nanocomposite Cu/Nb conductors are fabricated via a severe plastic deformation process (SPD), which consists in repeated extrusion, drawing and bundling cycles (Accumulative Drawing and Bundling : ADB) and leads to the nanostructuration of the Nb reinforcements and a multi-scale Cu matrix. In order to optimize the process, the effect of heat treatments on texture and its development during the process were analysed by means of laboratory X-ray diffraction. Complementary in-situ heat treatments under synchrotron radiation gave a better insight into the elementary annealing mechanisms and enabled defining optimized heat treatments. These experiments also revealed that the thermal stability of Cu/Nb conductors is extremely dependent of the microstructure size: recovery, recrystallization, grain growth and all relaxation processes are frustrated in the case of nanocomposites. From these results, optimized “co-axial” conductors reinforced by Nb nanofilaments and nanotubes were processed. Their microstructure and physical properties have been characterized and compared to those of previous Cu/Nb nanocomposite conductors. With the possibility to produce long wires with improved properties, these new Cu/Nb nanocomposites offer a great alternative to existing conductors for future high magnetic field applications

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Paredes, Guerrero Germercy. "Development of new probes based on carbon nanocones for near-field microscopies." Thesis, Toulouse 3, 2020. http://www.theses.fr/2020TOU30206.

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Abstract:

La microscopie à champ proche permet l'étude topographique et des propriétés physiques (électrique, mécanique, etc.) de la surface d'un matériau à l'échelle nanométrique. Pour ce faire, l'échantillon étudié est balayé en surface par une sonde (ou pointe) dont les caractéristiques géométriques (comme le rayon de courbure de l'apex et le facteur de forme) et les propriétés physiques (mécanique, électrique etc.) doivent être adaptées pour garantir une résolution suffisante et une représentation fidèle de la surface. Cependant, les sondes actuelles présentent des limitations importantes vis-à-vis de la résolution apportée, dans les artefacts possibles d'imagerie, et dans leur adaptabilité concernant leur utilisation dans différents modes (qu'ils soient conducteurs ou non). Ces limitations sont causées principalement par le type de matériau utilisé (par exemple le silicium ou le nitrure de silicium, en standard, ou des nanotubes de carbone), ainsi que par les procédés de fabrication employés pour structurer la géométrie des sondes. Dans ce travail, nous étudions le potentiel de nanocônes de carbone (morphologie carbonée graphénique en forme de cônes à haut facteur de forme et d'apex nanométrique) pour différents modes de microscopie à champ proche. Ces nanocones présentent d'excellentes propriétés mécaniques (forte liaison C-C) et électriques. Ces derniers ont déjà été testés avec succès et brevetés en tant qu'émetteurs d'électrons pour les canons à émission de champ froid équipant les microscopes électroniques par transmission les plus performants. Ces diverses caractéristiques des nanocônes (facteur de forme, apex nanométrique, conductivité, stabilité mécanique, forte cohésion atomique) et d'autres (hydrophobicité, inertie chimique, morphologie multi-échelle micro-nano...) font qu'ils pourraient également constituer une solution prometteuse pour concevoir des sondes potentiellement supérieures aux sondes existantes, qu'elles soient standard ou plus spécifiques comme celles en nanotubes de carbone, pour divers types de microscopie à champ proche, notamment en termes de résolution spatiale et durabilité. Dans une première partie, cette thèse est dédiée à la synthèse de nanocônes de carbone individuels suivant une méthode originale de synthèse nommée ToF-CVD (Time of Flight - Chemical Vapor Deposition). Le travail révèle des mécanismes de formation complexes mettant en jeu d'une part les mécanismes de nucléation en phase hétérogène spécifiques de la CVD du carbone pyrolytique, et d'autre part des mécanismes de mouillabilité impliquant de phénomènes connus du domaine comme l'instabilité de Plateau-Rayleigh. Le montage des nanocônes sur des supports dédiés en tant que sondes pour microscopies à champ proche est ensuite réalisé, suivi par des études de caractérisation (SEM, TEM, spectroscopie RAMAN) pour évaluer leurs caractéristiques initiales du point de vue géométrique et structural et leur évolution vis-à-vis des conditions opératoires requises à la fois lors du montage et pour les différents modes de microscopie à champ proche étudiés. Dans une seconde partie, le potentiel des nanocônes de carbone en tant que sondes pour des modes de microscopie à champ proche non conducteurs comme le mode topographie (microscopie à force atomique - AFM) et le mode "Peak Force Quantitative Nano Mechanical" (PF-QNM), et pour des modes conducteurs comme pour la microscopie à effet tunnel (STM), la microscopie à force atomique conducteur (c-AFM), la microscopie à force Kelvin (KFM) est évalué. Cette évaluation est faite sur la base de (i) leurs performances ; (ii) leur durabilité ; (iii) leur versatilité. La finalité ultime est de comparer la performance des sondes-nanocônes de carbone par rapport à des sondes commerciales. Les nanocônes de carbone se révèlent être de véritables sondes multimodes avec peu d'équivalents actuels. Des améliorations sont cependant nécessaires et possibles, ce pour quoi des directions sont proposées
Near-field microscopy allows studying the topography and the physical properties (electrical, mechanical, etc.) of a material surface at nanoscale. For such a purpose, the sample surface is scanned by a probe (or tip) which geometric characteristics (such as the apex radius and the aspect ratio) and the physical properties (mechanical, electrical, etc.) must be suitable to ensure a sufficient resolution and a reliable representation of the surface. However, the current probes have significant limitations regarding the resolution, the possible imaging artifacts, as well as their ability to be used in different modes (conductive and non-conductive). These limitations are caused mainly by the type of material used (for example silicon or silicon nitride, for standard probes, or carbon nanotubes), as well as by the manufacturing processes used to structure the geometry of the probes. In this work, we study the potential of carbon nanocones (graphenic carbonaceous morphology with conical shape with high aspect ratio and nanosized apex) for different modes of near-field microscopy. These nanocones exhibit excellent mechanical (strong C-C bond) and electrical properties. They have already been successfully tested and patented as electron emitters for the cold-field-emission guns which equip the most performing transmission electron microscopes. These various characteristics of the nanocones (aspect ratio, nanosized apex, conductivity, mechanical stability, strong atomic cohesion) and others (hydrophobicity, chemical inertia, multiscale micro-nano morphology...), make that they could also constitute a promising solution for designing probes potentially superior to existing probes, either standard or more specific such as those in carbon nanotubes, for various types of near-field microscopy, in particular in terms of spatial resolution and durability. In the first part, this thesis is dedicated to the synthesis of individual carbon nanocones using an original synthesis method called ToF-CVD (Time of Flight Chemical Vapor Deposition). The work reveals complex formation mechanisms involving the heterogeneous phase nucleation mechanisms specific of the CVD deposition of pyrolytic carbon on the one hand, and well-known wetting mechanisms such the Plateau-Rayleigh instability on the other hand. The mounting of the nanocones on dedicated supports as probes for near-field microscopies is then carried out, followed by characterization studies (SEM, TEM, RAMAN spectroscopy) to assess their starting characteristics from the geometry and structure point of view, and their evolution under the operating conditions required for both the probe fabrication and for the different near-field microscopy modes studied. In a second part, the potentiality of carbon nanocones as probes for non-conductive modes such as topographic mode (atomic force microscopy - AFM) and "Peak Force Quantitative Nano Mechanical" (PF-QNM) mode, as well as for conductive modes such as scanning tunneling microscopy (STM), conductive atomic force microscopy (c-AFM), and Kelvin force microscopy (KFM) is evaluated. This evaluation is made on the basis of (i) performances; (ii) durability; (iii) versatility. The final goal is to compare the performance of the carbon nanocone probes with other commercial probes. Carbon nanocones reveal to truly be multimode probes with few existing counterparts nowadays. Improvements are needed and possible, for which directions are proposed

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Biaye, Moussa. "Caractérisation de propriétés électroniques et électromécaniques de nanocristaux colloïdaux par microscopie à force atomique en ultravide." Thesis, Lille 1, 2016. http://www.theses.fr/2016LIL10231/document.

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Abstract:

La compréhension des propriétés électroniques, électriques et mécaniques de nanostructures est une question clé en nanosciences et nanotechnologies. Pour sonder et comprendre ces propriétés à l’échelle nanométrique, une technique expérimentale essentielle est la microscopie champ proche. L’objectif de cette thèse a été de comprendre les propriétés électroniques et électromécaniques de nanostructures colloïdales individuelles ou assemblées par microscopie à force atomique en environnement ultra vide.La première partie du travail concerne les propriétés de transport à travers des assemblées de nanoparticules colloïdales métalliques d’or et transparentes d’oxyde d’indium (ITO) formant les zones actives de jauges de contraintes résistives. L’étude par conducting AFM a permis de mesurer les spectroscopies courant-tension I(V) en fonction de la force d’appui du levier et de la température. Le transport tunnel a été étudié du régime linéaire au régime Fowler Nordheim, permettant une mesure du module de Young effectif des ligands des nanoparticules.La deuxième partie du travail correspond en premier lieu la caractérisation des nanocristaux semiconducteurs colloïdaux individuels d’Arséniure d’Indium (InAs) dopés ou non-intentionnellement dopés, de tailles inférieures dans la gamme 2-8 nm. Cette étude visait à comprendre les processus de transfert de charges entre les nanocristaux et leur environnement dans un régime physique de fort confinement quantique et coulombien. Les résultats expérimentaux ont fourni une estimation du taux de dopage actif de l’ordre de avec une densité de défauts de l’ordre de . Ensuite, une caractérisation par KPFM couplée au nc-AFM sous ultra vide a été menée sur les nanocristaux semi-conducteur colloïdaux de pérovskites (CsPbBr3). Les expériences ont été réalisées dans le noir puis sous illumination laser avec différentes longueurs d’onde afin d’explorer les mécanismes de photo-génération de porteurs au sein des nanocristaux
Understanding the electronic, electrical and mechanical properties of nanostructures is a key issue in nanoscience and nanotechnology. Scanning probe microscopy is an essential tool to probe and understand these properties at the nanoscale. The objective of this thesis was to characterize the electromechanical and electrostatic properties of individual or assembled colloidal nanocrystals using atomic force microscopy in ultra-high vacuum environment.The first part of the manuscript deals with the transport properties of assemblies of gold and indium tin oxide nanoparticles, forming the active areas of resistive strain gauges. Current-bias spectroscopies are measured as a function of the force applied on the cantilever and as a function of temperature. Tunneling transport is evidenced and measured from the linear regime to the Fowler Nordheim regime. The mechanical characteristic (effective Young modulus) of ligands is extracted.The second part of the thesis is devoted to the characterization of the electrostatic properties of individual indium arsenide (InAs) colloidal doped nanocrystals with sizes in the 2-8 nm range, using non-contact atomic force microscopy coupled to Kelvin probe force microscopy. This aim was to understand the charge transfer mechanisms between doped or undoped nanocrystals and their environment, in a physical regime of strong quantum and Coulomb confinement. Experimental results enable to measure a doping level of and a defect density of about . Kelvin probe force microscopy measurements were in addition performed on colloidal perovskite (CsPbBr3) semiconductor nanocrystals in order to explore the photo-generation mechanisms of carriers

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Heinze, Karsta. "From grain to granule : the biomechanics of wheat grain fractionation with a focus on the role of starch granules." Thesis, Montpellier, 2017. http://www.theses.fr/2017MONTS072/document.

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Abstract:

La culture du blé est l’une des plus importantes au monde. Le grain de blé est un matériau composite naturel dont la majeure partie est constituée d’albumen amylacé formé d’un assemblage compact de granules d’amidons (glucides) enchâssés dans une matrice protéique (gluten). Pour obtenir des produits comme la farine, la structure de l'albumen doit être fragmentée en broyant les grains sous des fortes contraintes. La quantité et la qualité des produits obtenus dépendent du comportement de l’albumen à la fragmentation. En raison de sa nature composite, le comportement rhéologique du grain est tributaires des propriétés mécaniques des phases qui le composent (granules, gluten, pores), de leurs interactions, ainsi que de leur distribution spatiale. Les granules d’amidons sont de formes relativement sphériques et de tailles micrométriques, tandis que les protéines sont organisées en un réseau entourant les granules. L'interaction entre l'amidon et ce réseau protéique est influencée par certaines protéines, les puroindolines, dont la présence et le type d’allèle sont contrôlées génétiquement. Si les gènes codant pour les puroindolines sont présents sous forme sauvages, la dureté meunière, c’est à dire l’aptitude à la fragmentation du grain est faible. L’origine de ce comportement est liée à une adhérence limitée entre matrice protéique et amidon. L'absence totale de puroindolines chez le blé dur conduit au contraire à une dureté très élevée des grains et à une forte adhérence. L'objectif de cette thèse est d'étudier, à partir d’une approche multidisciplinaire, la biomécanique du fractionnement du grain de blé en mettant l'accent sur le rôle des granules d'amidon. Des échelles de taille différentes sont considérées : échelle micrométrique du granule et de la matrice protéique; agencement complexe de ces composants dans l'albumen et échelle millimétrique du grain. Ainsi, des expériences de broyage à l'échelle du grain ont été combinées avec des mesures nano-mécaniques par microscopie à force atomique (AFM) et des simulations numériques.Le comportement au broyage a été étudié en utilisant un micro-moulin instrumenté. Une comparaison a été effectuée entre des essais réalisés sur une variété de blé dur et sur la même variété dans laquelle ont été introduits les gènes codant pour les puroindolines. Un changement significatif du comportement mécanique des grains transformés, attribuable uniquement à la présence de puroindolines, a été observé - en termes d'énergie consommée, - de productivité en farine et - de taux d'amidon endommagé. Ces changements sont compatibles avec l'hypothèse d'une faible adhérence, entre granules d'amidon et matrice protéique, induite par la présence des puroindolines et montrent l'effet significatif de celles-ci sur le comportement à la fragmentation. Ces modifications de comportement mécanique peuvent être étudiées par des mesures AFM nano-mécaniques. Pour compléter des travaux antérieurs ayant permis la mesure des propriétés de l'amidon et du gluten, une méthode basée sur des mesures AFM en mode résonance de contact (CR-AFM) a été développée. Celle-ci permet de cartographier les propriétés directement à l'intérieur des granules d’amidon et prend en compte à travers un modèle théorique les variations importantes de topographie observées dans les sections de grains. Ces études CR-AFM de l'albumen ont ensuite porté sur les propriétés mécaniques des granules d'amidon d'origines botaniques différentes (céréales et légumineuses).Enfin, le rôle de la distribution bimodale en taille des granules d'amidon sur la fragmentation de l'albumen a été précisé à partir d’une étude numérique paramétrique détaillée. Les propriétés mécaniques élastiques et à la rupture ont été analysées en détail, ainsi que le rôle dominant de la ténacité des granules et de l'adhérence à l'interface sur l’endommagement de l’amidon
The wheat grain is a natural composite material of worldwide importance. The major part of the grain is the starchy endosperm. To obtain food products, such as flour, the endosperm’s compact structure needs to be disintegrated, which is achieved by milling the grains under high forces. The quantity and quality of the milling products notably depend on the fragmentation behaviour of the endosperm.Due to the endosperm’s composite nature, this behaviour depends strongly on the mechanical properties of its components and their interaction. The main components of the endosperm are carbohydrates and proteins. The carbohydrates are deposited as starch in the form of granules of micro-meter size, whereas proteins form a network (gluten), which surrounds the starch granules. The interactions between starch and proteins is believed to be influenced by certain non-gluten proteins (puroindolines), whose presence and allelic state are genetically controlled. If puroindoline genes are present in the wild-type form, grain hardness is low, which have been related to low starch-protein adhesion. The complete absence of puroindolines in the durum wheat species leads to very high grain hardness and indicates a strong adhesion.The aim of this thesis was to investigate the biomechanics of wheat grain fractionation with a focus on the role of the starch granules therein, which was pursued with a multi-disciplinary approach. Different size scales were considered, from the micro meter-sized structures of starch and protein, the complexity of their arrangement in the endosperm, up to the millimeter-sized grains. In this work, grain-scale milling experiments were combined with nano-mechanical measurements by atomic force microscopy (AFM) and numerical simulations.The milling behaviour of a transgenic durum wheat line, which contained puroindoline genes, was determined by grain scale milling experiments and compared to the milling behavior of non-modified durum wheat. A significant change of milling behavior of the transformed durum wheat grains was observed in terms of milling energy, flour yield and starch damage, which was solely attributable to the presence of puroindolines. The observed changes were consistent with the hypothesis of a lower adhesion between starch granules and protein matrix due to the presence of puroindolines and confirmed the significant effect of puroindolines on the fragmentation behaviour, independent of the grain’s genetic background.The change of fragmentation behaviour is a result of modifications of the mechanical properties of the endosperm’s components and/ or their interaction. Such modifications can be investigated by AFM nano-mechanical measurements. Based on previous work illuminating the global nano-mechanical properties of starch and gluten, contact-resonance AFM (CR-AFM) was applied to obtain maps of the nano-mechanical properties inside the grains. Due to the high topography variations of grain section surfaces and the non-trivial correlation between surface slope and contact resonance-frequency, which hindered a straight-forward interpretation of CR-AFM measurements, a practical method based on existing analytical models of the cantilever vibration was developed to correct the measurements. CR-AFM studies of the endosperm were then focused specifically on the mechanical properties of starch granules and the link to starch structure, and applied to the study of starches from wheat in comparison to plants from different botanical origin (other cereals and legumes).Finally, the role of starch granules, their size distribution, and mechanical properties on endosperm fragmentation was analysed by parametric numerical studies. The influence of the bi-modal size distribution of granules on the mesoscale mechanical properties was shown, as well as the governing role of granule toughness and interface adhesion on the granule damage

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Huvier, Corine. "Consolidation de poudres métalliques par compression isostatique et chocs laser : microstructures et propriétés d'agglomérés obtenus avec des poudres de cuivre allié." Poitiers, 1994. http://www.theses.fr/1994POIT2266.

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Abstract:

Le but de ce travail est d'etudier les mecanismes de densification et de consolidation d'agglomeres de poudres metalliques soumis a des chocs laser. Nous avons donc procede a des tirs laser sur des poudres de cuivre allie, pre-compactees par compression isostatique a froid. L'etude microstructurale par analyse d'images, montre que les chocs laser permettent d'atteindre des densites proches de 100% sur 0,5 mm d'epaisseur sous la surface impactee. L'effet de densification est fonction de la densite initiale et de la deformabilite des grains; il serait optimal pour un taux de porosite initial proche de 20%. Nous avons montre a partir de premiers resultats, l'interet de la microscopie acoustique pour l'etude non destructive des microstructures de densification. Une etude comparative des proprietes mecaniques a ete menee entre comprimes, comprimes-impactes et comprimes-frittes, par la mise en uvre de plusieurs de plusieurs types de tests. Nous deduisons de mesures et d'observations meb, que la resistance mecanique et la ductilite des zones denses sont intermediaires entre celles d'echantillons compactes sous 1000 mpa et celles d'echantillons frittes pre-compactes sous 250 mpa. Deux modeles de compression a froid ont ete modifies de maniere a tenir compte de la compressibilite intrinseque du solide. L'introduction de ces modeles dans l'equation d'etat des chocs laser a permis d'etablir des profils de pression dans la direction de propagation des ondes de choc. Les pressions ainsi calculees sont correlees aux proprietes mecaniques. L'analyse sur la base de modeles theoriques, des mesures de vitesses d'ultrasons dans les comprimes, montre que l'evolution du module relatif est fonction du nombre et des aires de contacts. Les methodes statiques fournissent des valeurs de module qui, compte tenu de la sollicitation et de la nature des deformations, seraient davantage en relation avec les forces de cohesion inter-particulaires

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Masquelier, Nicolas. "Caractérisation et modélisation de transformations microstructurales pour la mise au point d'une nouvelle génération d'alliages d'aluminium pour conducteurs électriques." Rouen, 2012. http://www.theses.fr/2012ROUES011.

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Abstract:

Un nouvel alliage d’aluminium à haute tenue en température et bonnes propriétés électriques a été mis au point. Sa microstructure a été caractérisée à très fines échelles afin de parvernir à corréller celle-ci à ses propriétés physiques (mécaniques et électriques) et ainsi obtenir des propriétés phyisiques optimales en modifiant la microstructure de l’alliage. La microstructure de cet alliage a également été modélisée afin de prévoir son évolution et donc l’évolution de ses propriétés physiques en fonction du temps. Enfin, en reliant les caractérisations et la modélisation, il a été possible de calculer des données thermodynamiques encore inconnues pour cet alliage
New aluminium alloy had been developed for electrical cable application. This alloy has good mechanical properties at high temperature, and also good electrical properties. Its microstructure had been characterized at atomic scale with the goal to link microstructure and physical properties. Thanks to this correlation, microstructure was adjusted to optimize the physical properties of this alloy. Microstructure of the alloy was also modelized to predict the evolution of physical properties with time. Finally, linking characterization and modelling, thermodynamical datas had been determined. These datas was unknown for this particular alloy and could be useful for the future

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Somera, Audrey. "On the effective elasticity of quasi-periodic lattice materials : From microscopic foundations to experimental validation." Electronic Thesis or Diss., Ecole centrale de Nantes, 2022. http://www.theses.fr/2022ECDN0037.

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Abstract:

Les matériaux architecturés ont suscité un intérêt croissant au fil des années, notamment en permettant d’atteindre de nouvelles zonesdes diagrammes d’Ashby. Les lattices quasipériodiques semblent combiner les avantages des structures aléatoires et périodiques : il s’agit de structures déterministes, leur comportement est isotrope et ils ont une meilleure ténacité que les matériaux périodiques. L’étude du comportement mécanique de telle structure n’en est cependant qu’à ses balbutiements. Ainsi cette thèse proposed’étudier le comportement élastique effectif des lattices quasi-périodiques. Dans un premier temps, les mécanismes de déformations locaux de différents motifs ont été étudiés. Il a ainsi été montré qu’on pouvait séparer les motifs en trois catégories : les motifs à dominance énergétique totale en traction ou flexion et les motifs à dominance variable. L’influence de ces mécanismes locaux sur lecomportement mécanique global des structures a ensuite été étudié. Pour ce faire, une procédure d’identification du comportement effectif équivalent des lattices, basée sur une méthode de type FEMU, a été mise en place. D’abord validée en utilisant un jumeau numérique, un dispositif expérimental a ensuite été conçu afin de mettre en oeuvre expérimentalement la procédure et confirmer les résultats numériques. Il a ainsi été montré que le modèle de comportement le plus adapté dépend du motif considéré : alors qu’uneloi classique de type Cauchy semble suffisante pour décrire le comportement des motifs à dominance énergétique totale en traction et à dominance variable, il est nécessaire d’utiliser un modèle de type Cosserat pour les motifs à dominance énergétique totale en flexion
Architectured materials have received increasing interest over the years, especially by allowing new areas of the Ashby diagrams to bereached. Quasi-periodic lattices combine the advantages of both random and periodic structures: they are deterministic structures, their behaviour is isotropic, and they have better toughness than periodic lattices. However, the study of the mechanical behaviour of such structures is still in its infancy. Thus, this thesis proposes to study the effective elastic behaviour of quasi-periodic lattices. First, the local deformation mechanisms of different patterns have been studied. It is shown that the patterns could be separated into three categories: the completely stretching and bendingdominated patterns and the variable dominance ones. The influence of these local mechanisms on the overall mechanical behaviour was then investigated. For this purpose, an identification procedure of the lattice equivalent effective behaviour, based on a FEMU-type method, was implemented. First performed using a numerical twin, an experimental set-up was then designed to carry out the procedure and validate the numerical results experimentally. It is shown that the most suitable behaviour model depends on the pattern considered. While a classical Cauchy-type law seems sufficient to describe the behaviour of completely stretching-dominated and variable dominance patterns, it is necessary to use a Cosserat-type model for completely bending-dominated ones

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Dubromez, Vincent. "Amélioration des performances du polycarbonate et des mélanges polycarbonate/polystyrène par des copolymères à blocs ABC." Thesis, Lille 1, 2009. http://www.theses.fr/2009LIL10139.

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Abstract:

Le polycarbonate (PC) est un polymère thermoplastique particulièrement intéressant pour de nombreuses applications industrielles et biomédicales, de par ses propriétés d’usage exceptionnelles (transparence, résistance mécanique et thermique). Néanmoins, il présente deux défauts majeurs : sa viscosité élevée et sa sensibilité à l’entaille. L’objectif de cette étude est de remédier à ces inconvénients, tout en préservant sa transparence. Pour ce faire, trois voies ont été envisagées : (i) amélioration de la fluidité par ajout de polystyrène (PS), (ii) renforcement par des copolymères à blocs de type poly(styrène-b-butadiène-b-méthacrylate de méthyle) (SBM) et (iii) utilisation simultanée de PS et de SBM. L’incorporation du PS permet de fluidifier le PC, tout en conservant sa transparence. Toutefois, les propriétés mécaniques des mélanges PC/PS sont inférieures à celles du PC seul. L’étude des mélanges binaires PC/SBM montre que la nature et la fraction de copolymère SBM incorporé, ainsi que la viscosité de la matrice, jouent un rôle déterminant sur les propriétés finales. L’étude des mélanges ternaires PC/PS/SBM démontre qu’il est possible d’obtenir une amélioration des propriétés au choc, toute en préservant la transparence du PC, à condition de générer une morphologie homogène et bien dispersée. Ceci implique une combinaison optimale entre la fluidité de la matrice PC, la nature et la fraction de copolymères à blocs et du PS dans le mélange, et un choix judicieux des paramètres technologiques de mise en œuvre
Polycarbonate (PC) is a widely used thermoplastic polymer for numerous industrial and biomedical applications, due to its exceptional use properties (transparency, mechanical and thermal behavior). Nevertheless, the PC exhibits two major defects: high viscosity and poor notch impact properties. The goal of the present study was to propose a solution for these two issues, while preserving the PC transparency. Three ways were investigated: (i) the decrease of viscosity via adding polystyrene (PS), (ii) the improvement of notch impact behavior by adding poly(styrene-b-butadiene-bmethylmethacrylate) block copolymers (SBM) and (iii) simultaneous use of PS and SBM. Adding PS to a PC matrix does decrease its viscosity, while preserving the transparency. However, the mechanical properties of PC/PS blends are inferior to those of the neat PC. The experimental study on binary PC/SBM blends point out the great influence of the nature and proportion of the copolymer in the blend, as well as of the matrix viscosity, on the final properties of the blends. The investigation of the ternary PC/PS/SBM blends demonstrate that it is possible to obtain an improvement of the notch impact properties, while preserving the PC transparency – by generating a homogeneous and well dispersed blend morphology. This requires an optimal combination between the matrix fluidity, the nature and the proportion of block copolymers and PS, and also an appropriate choice of the processing conditions

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Kaouache, Belkhiri. "Analyse multiéchelles de la transformation martensitique induite par contrainte dans les alliages à mémoire de forme: corrélation contraintes-microstructure." Phd thesis, Paris, ENSAM, 2006. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00002209.

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Abstract:

Les relations microstructure-propriétés sont au coeur de l'utilisation des matériaux modernes. Pour comprendre ces relations, des efforts considérables ont été réalisés au cours de ces dernières décennies pour identifier et décrire les principaux mécanismes à l'origine des différentes classes de comportement des matériaux. Les approches multiéchelles établissent la formation d'une très forte hétérogénéité du champ de contrainte à l'intérieur du matériau et cela même dans le cas de sollicitations imposées simples (traction uniaxiale) appliqués sur des matériaux macrohomogènes (polycristaux). Ce travail de thèse a contribué à mettre au point une méthodologie expérimentale originale permettant d'accéder à des informations de contraintes locales à l'échelle du grain dans le polycristal. L'approche proposée, combine différentes techniques d'analyses: observations microstructurales, caractérisation mécanique in situ, analyse de contrainte par diffraction des rayons X (DRX). Le travail a été réalisé sur un Alliage à Mémoire de Forme (AMF) superélastique de type Cu-Al-Be. De nombreux résultats tout à fait originaux ont été obtenus. Certains ont permis d proposer des classifications des modes de transformation et ont conduit à affiner les techniques d'analyse de contrainte dans les matériaux biphasés, mais la plupart ont permis de mieux comprendre les mécanismes de sélection des variantes de martensite dans les alliages à mémoire de forme ou ont mis en évidence l'importance de paramètre comme la taille de grain, l'anisotropie élastique ou encore l'effet d'un cyclage mécanique.

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Le, Clerc Christophe. "Mécanismes microstructuraux impliqués dans la fatigue des fibres thermoplastiques." Phd thesis, École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00164759.

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Abstract:

Les fibres thermoplastiques à hautes performances polyester et polyamide trouvent aujourd'hui des
applications dans des domaines de plus en plus variées du textile technique : le renforcement de structure, les
cordages, le géotextile... Les différents usages présentent des conditions mécaniques, thermiques et
environnementales de plus en plus sévères. Au cours de ce travail, nous avons exploré différentes sollicitations
mécaniques en particulier la fatigue et différentes températures dans une gamme de 20°C à 180°C comprenant la température de transition vitreuse.
Cette étude est construite autour d'essais mécaniques sur fibre unitaire d'un diamètre de 18 à 27μm en
traction, fluage et fatigue et des essais de fatigue sur mèche de fibres. La compréhension des mécanismes
microstructuraux est passée par l'utilisation de nombreuses techniques d'observation (MEB, microscopie
optique, coupe microtome), d'analyse de la microstructure (diffraction des rayons X aux grands angles et aux petits angles) et de caractérisation thermomécanique (DSC, DMTA).
Le couplage des essais de fatigue et des observations aux différentes échelles a mis en évidence une
évolution de l'organisation globale avec une meilleure orientation de la structure. Parallèlement, à cette
amélioration paradoxale des propriétés, un endommagement local critique apparaît sous forme d'une fissure de fatigue caractéristique. Les paramètres mécaniques, et en particulier, la contrainte minimale du cycle ont été étudiés en corrélation avec les mécanismes de dissipation d'énergie observés lors de la sollicitation cyclique. Ce travail a aussi été l'occasion de déterminer des paramètres matériaux pertinents justifiant la localisation de la fissuration tels que les inclusions solides et la structure coeur / peau.
La sollicitation cyclique au dessus de la température de transition vitreuse a fait apparaître un nouveau mode de fissuration en fatigue conduisant à un faciès original. Cette morphologie de rupture très particulière
observée sur des monofilaments correspond à la morphologie souvent observée sur des fibres extraites de structures complexes soumises à des sollicitations cycliques.

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Nozahic, Vincent. "Vers une nouvelle démarche de conception des bétons de végétaux lignocellulosiques basée sur la compréhension et l'amélioration de l'interface liant / végétal : application à des granulats de chenevotte et de tige de tournesol associés à un liant ponce / chaux." Phd thesis, Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand II, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00809816.

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Abstract:

L'utilisation de ressources lignocellulosiques renouvelables connaît à l'heure actuelle un indéniable regain d'intérêt pour l'élaboration de matériaux de construction. Partant de ce constat, un premier axe de travail a vu l'élaboration de bétons de végétaux constitués de granulats de végétaux lignocellulosiques et d'un liant pouzzolanique. Les broyats de tige de chanvre et de tournesol ont ainsi été sélectionnés pour leurs similarités et leur disponibilité dans la région Auvergne. En parallèle, un liant pouzzolanique constitué de 80% en masse de sable de ponce volcanique provenant d'une carrière locale, de 20% de chaux aérienne et d'un activateur a été formulé. Les résultats obtenus montrent la similitude des caractéristiques des granulats de chanvre et de tournesol ainsi que des performances mécaniques et thermiques des bétons légers (<500kg.m-3) constitués de ces végétaux. Les matériaux formulés satisfont aux critères fixés dans les règles professionnelles de la construction en chanvre. Dans un deuxième axe de travail, l'analyse bibliographique réalisée a permis d'identifier la qualité d'interface entre les particules végétales et le liant minéral comme un des principaux verrous scientifiques concernant les bétons de végétaux. Les problèmes de prise à cœur de ces matériaux mériteraient en effet d'être reliés avec ceux observés à l'interface liant/bois. Deux voies d'amélioration sont ainsi explorées dans une approche multi-échelles mêlant analyses physico-chimiques et essais mécaniques: le traitement préalable des particules végétales et l'adjuvantation spécifique du liant. La première stratégie a consisté à réaliser sur les granulats végétaux deux types de modifications: un recouvrement à l'huile de lin et un traitement en solution aqueuse de Ca(OH)2. Afin d'analyser à court terme l'interaction entre les particules ainsi modifiées et le liant frais, un dispositif de mesure spécifique dit de la plaque immergée est utilisé. Les résultats montrent une amélioration de l'interphase liant/végétal après le traitement des granulats en solution de Ca(OH)2. De façon surprenante, les performances mécaniques des bétons de végétaux chutent lorsque les granulats sont préalablement traités. Cette approche, en plus d'être contraignante d'un point de vue industriel, ne résout donc pas de façon satisfaisante les problèmes d'interfaces liant/bois. La seconde stratégie mise en place a nécessité l'intégration dans le liant d'un adjuvant rétenteur d'eau de type éther de cellulose dans des proportions variant de 0,5 à 1,5% par rapport à la masse des poudres. Les observations d'échantillons réalisées au MEB et couplées à une analyse EDX soulignent l'aptitude de l'éther de cellulose utilisé à améliorer les interfaces liant/bois. Une explication de l'action de ces molécules polymères sur les interfaces, basée sur la bibliographie et l'analyse du liant, est proposée. Cette approche a permis l'élaboration de bétons de végétaux immédiatement démoulables, à la compactabilité et la cohésion accrue et dont les propriétés mécaniques sont améliorées par rapport aux solutions en usage. Notons que cette amélioration n'est pas effectuée au détriment des propriétés thermiques. L'utilisation dans les bétons de végétaux d'un rétenteur d'eau ouvre dès lors des perspectives de développement : blocs préfabriqués, enduits légers, murs de béton projeté.

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Balan, Alexandre. "Modélisation isotherme et anisotherme de la limite d'élasticité précipitation-dépendante de l'Inconel 718." Thesis, Lyon, 2017. http://www.theses.fr/2017LYSEI003/document.

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Abstract:

Ce manuscrit de thèse présente les résultats de travaux concernant les effets des transitoires thermiques sur la précipitation des phases intermétalliques dans le superalliage base nickel Inconel 718® et les conséquences de cette précipitation sur les propriétés mécaniques de cet alliage. Ces travaux se concentrent sur une approche couplée capable de décrire l’évolution de la précipitation de la phase γ'' et ses conséquences sur la limite d’élasticité de l’Inconel 718®. L’état de précipitation est modélisé grâce à l’implémentation des équations de la théorie classique de germination et de croissance, modifiées afin de prendre en compte la géométrie en plaquette des précipités γ''. Ce modèle de précipitation est ensuite validé par des données expérimentales issues de la littérature mais également d’observations au microscope électronique en transmission et d’essais de diffusion de neutrons aux petits angles. La distribution de taille de la phase γ'' ainsi simulée est utilisée comme donnée d’entrée d’un modèle de prédiction de la limite d’élasticité précipitation-dépendant. Ces limites d’élasticité simulées sont enfin comparées à des résultats expérimentaux issus d’essais de traction. Une maquette de soudage a ensuite été réalisée afin de tester le modèle de prévision de limite d’élasticité pour des transitoires thermiques, dans un cas industriel
This thesis manuscript presents the results of work concerning the effects of thermal transients on the precipitation of intermetallic phases in the nickel-based superalloy Inconel 718® and the consequences of this precipitation on the mechanical properties of this alloy. This work focuses on a coupled approach capable of describing the evolution of the precipitation of the γ'' phase and its consequences on the yield strength of the Inconel 718®. The precipitation state is modeled thanks to the implementation of the equations of the classical germination and growth theory, modified to take into account the platelet geometry of the γ'' precipitates. This precipitation model is then validated by experimental data from the literature but also from transmission electron microscope observations and small angle neutron scattering tests. The size distribution of the γ'' phase thus simulated is used as the input data of a model for predicting the precipitation-dependent elasticity limit. These simulated elasticity limits are finally compared with experimental results from tensile tests. A welding model was then made to test the elastic yield prediction model for thermal transients in an industrial case

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Villegas, Randolfo. "Genèse de la ferrite aciculaire dans les aciers à moyen carbone microalliés au vanadium. Morphologie fractale en relation avec les propriétés mécaniques." Thesis, Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2007. http://www.theses.fr/2007INPL086N/document.

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Abstract:

Des nuances d’aciers à moyen carbone, microalliés au vanadium, ont été élaborées avec l’objectif d’obtenir de nouvelles microstructures, majoritairement constituées de ferrite aciculaire (FA). Le contrôle de la composition chimique (0.1-0.3 % V) et la vitesse de refroidissement (2.0 °Cs-1) conduit à des fractions de FA atteignant 80 %. Un paramètre empirique, le pouvoir ferritisant, P, a été introduit pour évaluer l’effet combiné de la composition chimique et de la vitesse de refroidissement sur la fraction de FA. Les caractérisations par MEB et MET montrent que la FA se développe à partir de la ferrite proeutectoïde recouvrant les inclusions de MnS. Une précipitation interphase de carbonitrures de vanadium, V(C,N), serait à l’origine d’un appauvrissement local en carbone de la matrice austénitique autour des aiguilles de FA, favorisant une germination autocatalytique. Le caractère fractal de la FA a été mis en évidence par des caractérisations morphologiques. Les dimensions fractales, D, et les longueurs de coupure ont été déterminées par la méthode de comptage de boîtes à partir d’images MEB. Des essais mécaniques isothermes-quasistatiques révèlent des propriétés mécaniques équivalentes à celles des microstructures bainitiques. Les courbes contrainte-déformation montrent un comportement mécanique de type Hollomon. Les structures de ces aciers présentent des taux de consolidation qui augmentent avec l’accroissement de la fraction de FA. Une corrélation entre les propriétés mécaniques et la dimension fractale a été établie. Ce lien s’exprime par des relations de type exponentiel : [delta]M = c exp [[alpha](D -2)] où M représente? les propriétés mécaniques (Re, Rm, etc.) et c? et ?[alpha] des constantes
Medium carbon vanadium microalloyed steels have been developed to obtain new microstructures, mainly formed of acicular ferrite (AF). Controlling the chemical composition and (0.1-0.3 % V) and the cooling rates (2.0 °Cs-1) lead to AF fractions up to 80 %. An empirical parameter, the ferritisant power, P, has been introduced to evaluate the combined effect of chemical composition and cooling conditions. Scanning (SEM) and transmission (TEM) electron microscopy investigations indicate that AF develops from proeutectoid ferrite enveloping MnS inclusions. An interphase precipitation of vanadium carbo-nitrides, V(C,N) has been identified. It is suggested that this precipitation is at the origin of carbon depletion in the austenitic matrix surrounding the AF plates. The formation of the AF is then enhanced by an autocatalytic effect. The fractal nature of AF has been determined by SEM and TEM characterisations. Fractal dimensions, D, and cut off lengths have been derived by the counting box method applied to SEM images. Mechanical tests conducted in isothermal and quasistatic conditions reveal that mechanical properties of AF are of the same grade of that of bainitic microstructures. Experimental strain-stress curves are described by the Hollomon law. The work hardening of the studied microstructures increases with the AF fraction. The mechanical properties have been linked to the fractal dimension by the following exponential relation : [delta]M = c exp [[alpha] (D -2)], where M represents the mechanical property (Re, Rm, etc.) and c and [alpha] are constants parameters

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Gong, Xiao Lu. "Développement d'une méthodologie expérimentale associée à une approche analytique pour la compréhension du comportement de plaques composites non-trouées et trouées sous chargement simple et combiné de traction-torsion." Compiègne, 1994. http://www.theses.fr/1994COMPD741.

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Abstract:

Le travail de thèse aborde l'étude de l'endommagement et de la rupture des matériaux composites verre/époxyde quasi-unidirectionnels sous chargements simples et combinés de traction-torsion. A cet effet, une méthodologie originale (modèle schématique) basée sur l'émission acoustique et corrélée aux observations microscopiques a été proposée. Ceci a permis d'établir une classification cohérente des différents mécanismes d'endommagement intervenant dans les matériaux composites. Ce modèle schématique a été utilisé par la suite pour mieux comprendre les étapes de dégradation dans les plaques composites non-trouées et trouées sollicitées en statique et en fatigue (traction, torsion et traction-torsion). L'évolution de chaque type d'endommagement et du mécanisme responsable de la chute de rigidité ont été mis en évidence à l'aide d'un paramètre acoustique d'endommagement Rij nommé taux de participation de l'endommagement. L'approche analytique du champ de contraintes proposée a permis d'appréhender le comportement mécanique en torsion et en traction-torsion des plaques considérées. Ainsi, le calcul des contraintes de cisaillement en torsion propose par Lekhnitskii pour de petits déplacements est corrigé en introduisant un moment effectif tenant compte du phénomène de grands déplacements généré par la torsion. La contrainte normale ainsi induite par la torsion peut être calculée par cette approche. Le seuil d'endommagement a pu être prévu aux moyens de critères utilisant l'ensemble des contraintes agissant localement. Le critère de Tsai-Wu tridimensionnel a été adapté au bord du trou. Quant au critère de rupture de Tsai-Hill, il a fallu le modifier pour prédire le seuil d'endommagement. Afin d'éviter l'analyse complexe de la distribution des contraintes, un critère empirique du seuil d'endommagement en traction-torsion a été établi. L'analyse de l'endommagement s'est faite en associant plusieurs techniques : celle de la variation des raideurs, de la réponse des jauges de déformation, de l'émission acoustique, du rapport Felicity, de la microscopie électronique à balayage et de la thermographie infrarouge.

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Mataveli, Suave Lorena. "High Temperature Durability of DS200+Hf Alloy." Thesis, Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2017. http://www.theses.fr/2017ESMA0032/document.

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Abstract:

L'anisotropie de comportement mécanique du superalliage à solidification dirigée DS200+Hf et les mécanismes d'endommagement ont été étudiés entre 650°C et 1100°C. Des échantillons monogranulaires du même alliage ont été employés afin de mieux comprendre l'anisotropie de propriétés mécaniques et de durabilité. Des essais de traction, fluage, fatigue oligocylique, fatigue-fluage et de fissuration ont été réalisés, suivis d'observations au MEB afin d'analyser les modes d1endommagement.A 650°C, une forte anisotropie de durée de vie en fluage (et en fatigue) est observée alors que l'anisotropie est quasi inexistante à 1100°C en fluage. Ceci résulte de la mise en radeaux de la phase γ à haute température qui homogénéise la déformation, dégradation qui conduit à une augmentation de la vitesse de déformation en fatigue avec temps de maintien. Un amorçage intergranulaire a été observé pour tous les essais mécaniques en sens travers, notamment de par la présence de nombreux carbures aux joints des grains. Ces carbures sont les principaux sites d'amorçage de fissure de fatigue à 650°C et 900°C. A haute température (900°C), l'oxydation affecte non seulement l'amorçage en favorisant la fissuration des carbures de surface, mais elle affecte également la phase de propagation, via un processus combiné d'appauvrissement de la phase γ et d'émoussement de la pointe de fissure, le tout conduisant à un seuil de fissuration plus élevé. Sous vide, un tel processus n'est pas observé et les carbures ne sont plus les sites d'amorçage privilégiés. Lors de sollicitation de fluage en sens travers à basse température (750°C), les joints de grains fortement désorientés, avec un grain dans leur voisinage favorablement orienté pour le glissement simple et apte à la rotation cristalline, sont les plus critiques
The anisotropy in mechanical behavior of the directionally solidified DS200+Hf alloy and the damage mechanisms have been investigated between 650°C and1100°C. Single-crystalline specimens of the same alloy have also been used to get a better understanding of the anisotropy in mechanical properties and durability. Tension, creep, low-cycle fatigue (LCF), dwell-fatigue and crack propagation tests have been performed and analyzed by SEM observations to better understand the damage modes in this alloy. At 650°C, a considerable creep (and LCF) life anisotropy is observed while almost no anisotropy remains at 1100°C in creep. The γ rafting is mainly responsible for this decrease in creep anisotropy and for theincrease in creep rate in dwell-fatigue. An intergranular fracture mode has been observed for ail kind of solicitation along transverse direction, mainly due to the presence of grain boundary particles such as carbides. These carbides are also the main crack initiation sites in LCF at 650°C and at 900°C. At high temperature (900°C), oxidation not only controls the crack initiation mechanisms by inducing surface carbides cracking, but it also affects the crack propagation through a combined localized γ depletion and crack tip blunting, leading ove ra li to a higher crack propagation threshold. Such a behavior is not observed in high vacuum and surface carbides are no more the main crack initiation sites. lt is shown that at low temperature during transverse creep testing (750°C), highly misoriented grain boundaries, having one grain favorably oriented for single slip and lattice rotation, are the most critical ones

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Croston, Tania. "Etude expérimentale du comportement d'une poutre en béton armé en flexion trois points réparée par matériaux composites (approche probabiliste)." Phd thesis, Paris, ENSAM, 2006. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00002602.

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Abstract:

Le béton armé (BA) a été largement étudié, surtout à travers son comportement mécanique et ses capacités physico-chimique. Par contre la notion de réparation des ouvrages de génie civil par des solutions composites est plus rarement traitée. Cette recherche porte essentiellement sur : l'analyse de l'influence du degré de fissuration sur la résistance ultime des éprouvettes réparées et l'application des concepts de fiabilité afin d'estimer la probabilité de défaillance. Dans ce but, des poutres en BA ont été pré fissurées par des essais en flexion 3 points jusqu'à 2 niveaux différents d'endommagement puis réparées. L'insertion d'une tige en composite (soit fibre de carbone, soit fibre de verre) et le collage d'une plaque en carbone sur la face tendue de la poutre courte, ont été utilisés comme méthodes de réparation. Lors des essais en flexion de poutres réparées, leur comportement a été évalué à l'aide d'un microscope à longue distance et par la technique d'émission acoustique. A partir des résultats obtenus, nous avons constaté que les deux méthodes de réparation sont très efficaces. En effet, les éprouvettes réparées ont considérablement augmenté leurs résistances ultimes. Une approche probabiliste utilisant les méthodes Monte Carlo et FORM pour déterminer la probabilité de défaillance de l'éprouvette testée en flexion trois points a été utilisée. Ces résultats nous ont permis d'élaborer des abaques qui mettent en relation la force résistante de l'éprouvette, le coefficient de variation et la probabilité de défaillance.

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Duchaussoy, Amandine. "Déformation intense d'alliages d'aluminium à durcissement structural : mécanismes de précipitation et comportement mécanique." Thesis, Normandie, 2019. http://www.theses.fr/2019NORMR135.

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Abstract:

La combinaison de deux mécanismes permettant d’accroitre la résistance mécanique (précipitation et joints de grains) a été explorée dans cette thèse afin d’augmenter les propriétés d’alliages d’aluminium à durcissement structural de la série 7###. Les techniques d’élaboration par déformation plastique intense permettent d’obtenir des alliages nano-structurés comportant une grande densité de joints de grains qui permet une augmentation conséquente de la limite d’élasticité selon la loi de Hall-Petch. Cependant, la grande densité de défauts (dislocations, lacunes, joints de grains…) et les contraintes internes générées par cette déformation donnent lieu à des nanostructures hors équilibre intrinsèquement instables lors d’un traitement de précipitation. Cela se traduit d’une part par une croissance rapide des grains et d’autre part par des changements dans les mécanismes de précipitation (précipitation hétérogène, cinétique accélérée). Nous avons étudié les nanostructures obtenues par déformation plastique intense via HPT et HPS (High pressure torsion/sliding) sur un alliage modèle, Al-2%Fe, et un alliage commercial AA7449 enrichi en fer. La stratégie choisie était de stabiliser la structure à grains ultra-fins par des nanoparticules d’intermétalliques riches en fer (épinglage de Zener) pour permettre une précipitation homogène de phases durcissantes et de combiner ainsi les 2 mécanismes pour accroître la limite élastique. Dans ce contexte, nous nous sommes plus particulièrement intéressés à : 1) l’influence des solutés sur les mécanismes physiques de recristallisation dynamique conduisant à la nanostructuration ; 2) les mécanismes spécifiques impliqués lors de la co-déformation de phases aux comportements mécaniques très différents ; 3) les transformations de phase pouvant conduire soit à la formation d’une solution solide sursaturée ou bien au contraire à la décomposition d’une solution solide par précipitation induite par déformation ; 4) aux relations entre les nanostructures ainsi générées, leur stabilité thermique et leur résistance mécanique. L’observation des microstructures et la compréhension des mécanismes induits par la déformation ainsi que les relations avec le comportement mécanique ont été entrepris grâce à l’utilisation de nombreuses techniques : la microscopie électronique à balayage, en transmission, ASTAR (cartographie d’orientation au MET), ainsi que la sonde atomique tomographique. L’étude de la précipitation a été réalisée par DSC (calorimétrie différentielle à balayage), SAXS (diffusion des rayons X aux petits angles) et MET in-situ. Finalement, la relation avec le comportement mécanique a été établie sur la base d’essais de traction et de mesures de microdureté
The combination of two mechanisms to increase mechanical strength, namely precipitation and grain size reduction, has been explored in this thesis in the aim of increasing the properties of age hardenable aluminum alloy from the 7### series.Manufacturing by severe plastic deformation makes it possible to obtain nanostructured alloys with high density of grain boundaries, which allows increasing the yield strength according to the Hall-Petch law. However, the high density of defects (dislocations, vacancies, grain boundaries ...) and the internal stresses generated by this deformation results in inherently unstable nanostructures when precipitation heat treatment is performed. These nanostructures experience rapid grain growth and drastic changes in precipitation mechanisms (heterogeneous precipitation, accelerated kinetics).In this work we have studied nanostructures obtained by severe plastic deformation using HPT and HPS (High pressure torsion / sliding) on a model alloy, Al-2% Fe and a commercial alloy AA7449 enriched with iron. The strategy was to stabilize the ultra-fine grain structure by intermetallic iron-rich nanoparticles (Zener pinning) to allow homogeneous precipitation hardening and thus combine the two mechanisms to increase the yield strength. In this context, we have particularly investigated: 1) the influence of solutes on the physical mechanisms leading to dynamic recrystallization nanostructuring; 2) specific mechanisms involved in co-deforming phases with very different mechanical behaviors; 3) the phase transformations that may lead either to the formation of a supersaturated solid solution or, on the contrary, to the decomposition of a solid solution by deformation-induced precipitation; 4) the relationship between the nanostructures thus generated, their thermal stability and related mechanical properties.The observation of the microstructures and understanding of the mechanisms induced by the deformation and relations with the mechanical behavior has been undertaken with many techniques: scanning and transmission electron microscopy (SEM/TEM), ASTAR (orientation mapping by TEM), and atom probe tomography. The study of precipitation was carried out by DSC (differential scanning calorimetry), SAXS (small angle X-ray scattering) and in-situ TEM. Finally, the relationship with the mechanical behavior has been established on the basis of tensile tests and micro-hardness measurements

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Seghini, Maria Carolina. "Mechanical Analysis and Fibre/Matrix Interface Optimization for Next Generation of Basalt-Plant Fibre Hybrid Composites." Electronic Thesis or Diss., Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2020. http://www.theses.fr/2020ESMA0003.

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Abstract:

La prise de conscience mondiale des enjeux environnementaux a conduit à l’émergence de composites«verts», dans lesquels les fibres naturelles sont amenées à remplacer les fibres synthétiques. Ces nouveaux matériaux offrent des alternatives écologiques aux composites synthétiques traditionnels mais sont difficilement utilisables pour des applications semi-structurales ou structurales. Une solution possible à ce problème est le développement des composites hybrides, en combinant ensemble fibres naturelles et synthétiques. Dans ce cadre, l'objectif de cette étude était de développer des composites hybrides à base de fibres de basalte et de lin. Les composites hybrides ont été élaborés par moulage par infusion sous vide avec une matrice époxy. À des fins de comparaison,des composites 100% à fibres de lin et100%à fibres de basalte ont également été produits. Une caractérisation mécanique quasi-statique et dynamique amontré que l'hybridation permet d’obtenir un composite avec des propriétés mécaniques intermédiaires comparées à celles des composites à fibres de lin ou de basalte. Cependant, l’analyse approfondie des dommages a montré la nécessité d'optimiser la qualité d'adhésion de l'interface fibre/matrice afin d'accroître les performances mécaniques des composites hybrides obtenus. Pour cette raison, différents traitements de modification de surface ont été développés et étudiés pour les fibres de lin et de basalte. Un traitement physique par plasma (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) a été appliqué aux fibres de lin et de basalte. Les fibres de lin ont également été soumises à deux traitements chimiques utilisant des espèces enzymatiques et du CO2supercritique. Les effets des traitements sur la stabilité thermique, la morphologie et les propriétés mécaniques des fibres de lin et de basalte ont été étudiés. L’adhérence fibre/matrice a été analysée en réalisant des tests de fragmentation sur des composites monofilamentaires. La qualité de l'adhésion entre les fibres et les matrices époxy et vinylester a été évaluée en termes de longueur critique de fragment, de longueur de décohésion interfaciale et de résistance au cisaillement interfacial. La micto-tomographie haute résolution a été utilisée pour analyser les mécanismes d'endommagement lors des tests de fragmentation. Pour les deux types de fibres, les meilleurs résultat sont été obtenus grâce au traitement par plasma. Ce traitement a consisté à déposer un revêtement homogène de tétravinylsilane à la surface des fibres de basalte et de lin, ce qui a permis une augmentation significative de l’adhérence fibre/matrice, ouvrant ainsi la voie à la prochaine génération de composites hybrides plus respectueux de l’environnement et utilisables pour des applications semi-structurales
Global awareness of environmental issues has resulted in the emergence of “green” composites, in which natural fibres are used to replace synthetic ones. However, in semi-or structural applications, it can be inconvenient to use composites based on natural fibres. A possible solution to this problem is the development of hybrid composite materials, combining together plies of natural and synthetic fibres. In this framework, the aim of this research project was to develop basalt-flax fibre hybrid composites with a view to obtaining more environmentally friendly composites for semi-structural applications. Hybrid composites were produced through vacuum infusion molding with epoxy matrix.For comparison purposes, 100% flax fibre composites and 100% basalt fibre composites were also manufactured. A quasi-static and dynamic mechanical characterization showed that the hybridization allows the production of a composite with intermediate mechanical performances compared to those possessed by flax and basalt composites. However, the damage analysis has revealed the need to optimize the fibre/matrix interface adhesion quality, in order to increase the mechanical properties of the resulting hybrid composites. For this reason, different surface modification treatments have been specifically designed and investigated for flax and basalt fibres. Flax and basalt fibres were treated by the physical process of Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition. Flax fibres were also subjected to two chemical treatments using enzymatic species and supercritical CO2. The effects of the surface modification treatments on the thermal stability, morphology and mechanical properties of flax and basalt fibres have been investigated. The degree and extent of fibre/matrix adhesion were analyzed by micromechanical fragmentation tests on monofilament composites. The adhesion quality between fibres and both epoxy and vinylester matrices has been assessed in terms of critical fragment length, debonding length and interfacial shear strength. High-resolution μ-CT has been used to support the analysis of the damage mechanisms during fragmentation tests. For both flax and basalt fibres, the best results were obtained after the plasma polymer deposition process. This process was able to produce a homogeneous tetravinylsilane coating on the surface of basalt and flax fibres, which resulted in a significant increase in the fibre/matrix adhesion, thus paving the way for the next generation of more environmentally friendly hybrid composites for semi-structural applications

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Boulnat, Xavier. "FAST high-temperature consolidation of Oxide-Dispersion Strengthened (ODS) steels : Process, microstructure, precipitation, properties." Thesis, Lyon, INSA, 2014. http://www.theses.fr/2014ISAL0139/document.

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Abstract:

Ce travail vise à améliorer la compréhension de la microstructure d’aciers ferritiques appelés aciers ODS. Ils sont fabriqués par métallurgie des poudres, ce qui inclut le cobroyage d’une poudre ferritique avec une fine poudre d’oxydes, suivi d'une consolidation à haute température. La consolidation permet de former un matériau dense renforcé par des particules nanométriques qui sont responsables des bonnes propriétés mécaniques à haute température. Cependant, les procédés conventionnels, notamment la Compaction Isostatique à Chaud, provoquent des microstructures hétérogènes qui étaient jusqu’à ce jour mal comprises. Ainsi, la technique rapide de consolidation assistée par courant électrique appelée "Spark Plasma Sintering" (SPS), a été testée afin d’étudier la microstructure. Pour la première fois, on montre que d’excellentes propriétés mécaniques peuvent être obtenues par SPS, comparables à celles des matériaux ODS obtenus classiquement par Compaction Isostatique à Chaud, mais avec un temps de procédé largement réduit. Cependant, la consolidation par SPS échoue quand il s’agit d’obtenir une micro-structure ferritique homogène. En effet, malgré la cinétique rapide de consolidation, on obtient des grains dits ultrafins (D < 500 nm) entourée de grains plus grossiers (D >10 μm). Une caractérisation microstructurale poussée a permis de comprendre l’évolution du matériau durant la consolidation. Un modèle d’évolution microstructurale a été proposé. Le calcul des pressions gouvernant la mobilité des interfaces souligne l’importance de la déformation plastique hétérogène issue du cobroyage des poudres. Par ailleurs, il est montré que la précipitation des particules d’oxydes ancre les joints de grains et stabilise la microstructure hétérogène, même à très haute température. On montre aussi qu’augmenter la teneur en renforts n’empêche pas la croissance anormale mais permet de contrôler la fraction et la taille de grains ultrafins, et donc les propriétés mécaniques des ODS. Parce que les particules jouent un rôle primordial dans la croissance des grains, une caractérisation fine de l’état de précipitation a été réalisée sur les matériaux consolidés par SPS. L’étude par Microscopie Electronique en Transmission, Diffusion des Neutrons et Sonde Atomique révèle une grande densité d’oxydes qui varient en taille et en composition chimique. Un modèle thermodynamique de type germination/croissance/coalescence a été développé pour simuler les cinétiques de précipitation des phases Y2O3 et Y2Ti2O7 durant les étapes de consolidation non isothermes. Tant les résultats expérimentaux que numériques démontrent la précipitation rapide des nano-particules qui sont ensuite extrêmement stables durant les recuits. Ce modèle permet de mieux comprendre la spécificité des microstructures et de la précipitation dans les ODS, de la formation rapide de particules nanométriques à la précipitation grossière d’oxydes de titane aux interfaces
This work aims to lighten the understanding of the behavior of a class of metallic materials called Oxide-Dispersion Strengthened (ODS) ferritic steels. ODS steels are produced by powder metallurgy with various steps including atomization, mechanical alloying and high-temperature consolidation. The consolidation involves the formation of nanoparticles in the steel and various evolutions of the microstructure of the material that are not fully understood. In this thesis, a novel consolidation technique assisted by electric field called "Spark Plasma Sintering" (SPS) or "Field-Assisted Sintering Technique" (FAST) was assessed. Excellent mechanical properties were obtained by SPS, comparable to those of conventional hot isostatic pressed (HIP) materials but with much shorter processing time. Also, a broad range of microstructures and thus of tensile strength and ductility were obtained by performing SPS on either milled or atomized powder at different temperatures. However, SPS consolidation failed to avoid heterogeneous microstructure composed of ultrafine-grained regions surrounded by micronic grains despite of the rapid consolidation kinetics. A multiscale characterization allowed to understand and model the evolution of this complex microstructure. An analytical evaluation of the contributing mechanisms can explain the appearance of the complex grain structure and its thermal stability during further heat treatments. Inhomogeneous distribution of plastic deformation in the powder is argued to be the major cause of heterogeneous recrystallization and further grain growth during hot consolidation. Even if increasing the solute content of yttrium, titanium and oxygen does not impede abnormal growth, it permits to control the fraction and the size of the retained ultrafine grains, which is a key-factor to tailor the mechanical properties. Since precipitation through grain boundary pinning plays a significant role on grain growth, a careful characterization of the precipitation state was performed on consolidated ODS steels. The experimental data obtained by transmission electron microscopy, small angle neutron scattering and atom-probe tomography evidenced the presence of dense and nanosized particles in SPS ODS steels, similarly to what is observed in conventional ODS steels. This is of great importance since it proves that the precipitation is very rapid and mainly occurs during the heating stage of the consolidation process. Using a thermodynamic model, the precipitation kinetics of Y2O3 and Y2Ti2O7 were successfully reproduced at various consolidation temperatures. Both experimental and numerical findings agree with the rapid precipitation of nanoparticles that are then extremely stable, even at high temperature. Consequently, this model can be an efficient tool to design ODS steelsby the optimization of the precipitation state

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Meng, Liang. "Reduced shape-space : approach to material characterization instrumented indentation test case." Thesis, Compiègne, 2017. http://www.theses.fr/2017COMP2377/document.

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Abstract:

Ce travail se situe à l’intersection des trois disciplines : méthodes numériques, techniques expérimentales et du machine learning, a pour but de proposer une famille de techniques d’identification par analyse inverse des lois de comportement en mécanique. Dans le domaine d’identification des matériaux, l’indentation instrumentée est particulièrement attractive, car elle permet de procéder à des essais non-destructifs sur l’échantillon ou sur une structure en service. L’essai d’indentation, similaire à un test de dureté, consiste à enfoncer la pointe de l’indenteur à une faible profondeur dans la matière tout en enregistrant le déplacement en fonction de la force appliquée. L’identification des propriétés élastoplastiques des matériaux est basée alors sur l’exploitation de la courbe force-déplacement (courbe P-h). Toutefois, le problème inverse est souvent mal posé et des problèmes d’unicité mènent à la notion de paires de "matériaux mystiques" produisant, dans des conditions d’essai donnés, des courbes P-h identiques, malgré des propriétés différentes. L’idée de notre travail est de compléter la procédure d’identification en faisant appel à des dispositifs expérimentaux récents, notamment à la microscopie laser, permettant de mesurer la carte 3D de l’empreinte résiduelle obtenue après le retrait de l’indenteur. Pour aborder la question de la richesse d’information de l’empreinte par rapport à la courbe P-h seule, nous proposons de construire, dans un espace affine réduit, la variété des formes d’empreinte admissibles au sens d’une loi de comportement et du modèle d’éléments finis de l’essai. La mesure de la dimension intrinsèque nous indique alors le nombre maximal de paramètres potentiellement identifiables. Cela nous permet de proposer et de valider numériquement des nouveaux procédés expérimentaux, plus représentatifs, à partir des données synthétiques, ainsi que des algorithmes d’identification associés. La prise en compte de l’erreur de modèle et de l’erreur de mesure, nous mène ensuite à proposer un ensemble d’algorithmes de projection d’empreintes expérimentales, réalisées en collaboration avec l’INSA de Rennes sur la variété synthétique. Nous abordons alors le problème d’identification des propriétés d’écrouissage de plusieurs matériaux de complexité croissante et départageons des "jumeaux mystiques" par des essais de multi-indentation, basés sur l’exploitation de l’empreinte seule ou en complément de la courbe P-h
The thesis lies at the intersection of three disciplines : numerical methods, experimental techniques, and machine learning. The primary aim of this work is to develop a group of algorithms for characterization by inverse analysis of a material’s constitutive law. In the field of material characterization, indentation test is especially attractive since it is considered non-destructive, and may be performed even on a structure in service. The test, similar to a hardness test, consists in penetrating an indenter into the surface of the material. The force exerted on the indenter is recorded against the penetration depth over a series of time instants, leading to a force-displacement (P-h) curve, which is the most frequently used source of information for the identification of material properties. However, the inverse problem based solely on this curve tends to be ill-posed, leading to nonunique identification solution, i.e., the "mystical material pair", for whom the corresponding force-displacement curves are almost identical despite the very different material properties. The basic idea is then to complete the identification process with innovative experimental measurements, such as laser microscope, which allows measuring the 3D residual imprint after the withdrawal of the indenter. To address the advantage of this measurement over P-h curve, we propose to construct, within a reduced affine space, a manifold of shapes admissible to the postulated constitutive law, experimental and simulation setups, based on synthetic data. The intrinsic dimensionality of the manifold limits the number of identifiable parameters allowing to validate numerically experimental procedures. Considering both the model and measurement errors, we develop a series of local manifold learning algorithms to solve the inverse problem iteratively for experimental results obtained in cooperation with INSA de Rennes. This approach allows us to characterize diverse metallic materials of increasing complexity, based on actual experimental measurements. For example, for the Hollomon’s law, the mystical pair is alleviated in using a single imprint, while for the Voce law, a multi-depth experimental protocol is proposed to differentiate mystical siblings

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Murat, Denis. "Oxyde d'yttrium : élaboration et propriétés mécaniques." Limoges, 1995. http://www.theses.fr/1995LIMO0007.

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Abstract:

La premiere partie est consacree a la recherche de l'abaissement de la temperature de frittage naturel de l'oxyde d'yttrium. Le role du broyage dans l'eau et du mode d'incorporation d'un dopant (l'oxyde de titane) est etudie. Les methodes de syntheses chimiques d'une poudre dopee n'ameliorent pas de facon sensible la frittabilite. La seconde partie est consacree aux proprietes mecaniques de 3 nuances d'oxyde d'yttrium: une nuance frittee sous vide a 1800c, une nuance frittee par compression isostatique a chaud a 1250c, et une nuance dopee au titane densifiee par frittage naturel a 1500c. Une machine d'essai universelle permettant d'effectuer des essais de traction jusqu'a 1800c sous air ou sous atmosphere controlee a ete concue et realisee lors de cette etude. Les proprietes mecaniques (le module d'young, la durete, la tenacite et la resistance a la rupture, a la croissance de fissure sous critique et au fluage) des trois nuances sont comparees. Le comportement au fluage est interprete comme etant de type diffusionnel controle par un mecanisme d'interface. La diffusion est principalement volumique pour la nuance frittee sous vide et intergranulaire pour les deux autres nuances a grains submicroniques. La croissance des grains sous contrainte (croissance dynamique) est remarquablement importante a des temperatures pour lesquelles la croissance statique (en l'absence de contrainte) est negligeable. Le comportement superplastique de la nuance frittee par compression isostatique a chaud a ete mis en evidence et fait l'objet d'un dernier chapitre

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Bergonnier, Sandra. "Relations entre microstructure et propriétés mécaniques de matériaux enchevêtrés." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00136408.

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Abstract:

Certains matériaux isolants allient performances thermiques et tenue mécanique. Ces deux propriétés sont antinomiques et un compromis est obtenu en modifiant, sur ligne de production, la structure du matériau par un procédé de crêpage. Le but de cette étude est la compréhension des relations entre les paramètres de crêpage et les propriétés mécaniques du produit fini. Plusieurs approches ont été étudiées :
- Une analyse du procédé de crêpage à partir de vidéos numériques permettant de déterminer localement les champs de taux de déformations au sein de la crêpeuse et de quantifier la cinématique d'une crêpeuse.
- Une analyse du produit fini : à partir de photos de produit texturé, un outil de détermination de l'anisotropie locale a été mis en place. Cette anisotropie est liée aux performances mécaniques du produit. Cette interaction a été mise en évidence expérimentalement et une modélisation du comportement mécanique élastique anisotrope du matériau étudié a été proposée.

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Bergonnier, Sandra. "Relation entre microstructure et propriétés mécaniques de matériaux enchevêtrés." Paris 6, 2005. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00136408.

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Vilfayeau, Jérôme. "Modélisation numérique du procédé de tissage des renforts fibreux pour matériaux composites." Thesis, Lyon, INSA, 2014. http://www.theses.fr/2014ISAL0026/document.

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Abstract:

L'industrie aéronautique doit faire face aux nouvelles exigences environnementales, tout particulièrement concernant la réduction de la consommation des énergies fossiles. L'utilisation de matériaux composites plus léger permet de répondre en partie à cette attente. Pour limiter les coûts lors de la fabrication et du développement des composites à renforts tissés 3D, il est nécessaire d'utiliser des outils de simulation performants. En particulier, les outils existants, qui discrétisent à une échelle mésoscopique l'architecture des tissus 3D, ne tiennent pas compte de l'influence du procédé de fabrication sur la constitution de la structure textile. Si des outils numériques dédiés à la modélisation du procédé de tressage et de tricotage sont disponibles, il n'en est rien concernant le tissage. Cette étude avait donc pour but de s'intéresser plus particulièrement à la simulation du prodécé de tissage pour pouvoir obtenir une structure de tissu sèche déformée numériquement. La production de différentes architectures de tissu en verre E dans notre laboratoire nous a permis d'observer les différents éléments en contact avec le fil ou le tissu sur la machine à tisser, par le biais de l'utilisation d'une caméra rapide par exemple. Le développement d'un modèle numérique par éléments finis reproduisant le procédé de tissage a été réalisé. Une loi de comportement isotrope transverse fut utilisée pour modéliser les fils de verre. Des premières simulations numériques encourageantes pour la fabrication d'un tissu d'armure toile et d'un tissu d'armure croisé 2-2 sont présentées et comparées avec les tissus réels produits correspondants
The aeronautical industry faces new challenges regarding the reduction of fossil fuel consumption. One way to address this issue is to use lighter composite materials. The ability to predict the geometry and the mechanical properties of the unit cell is necessary in order to develop 3D reinforcements in composite materials for these aeronautical applications. There is a difficulty to get realistic geometries for these unit cells due to the complexity of their architecture. Currently, existing tools which model 3D fabrics at a meso scale don't take into account manufacturing process influence on the shape modification of the textile structure. There is already some numerical tools that can model the braiding or knitting process, but none have been developed for weaving so far. Consequently, this study deals with the numerical simulation of the weaving process to obtain a deformed dry fabric structure. During the weaving process of E-glass fabrics, achieved in our laboratory, it has been observed that large deformations led to the modification of transverse section of meshes, or local density changes, that can modify the fabrics mechanical resistance. For this reason, a numerical tool of the weaving process, based on finite element modelling, has been developped to predict these major deformations and their influences on the final textile structure. The correlation between numerical results and fabrics produced with glass fibres has been achieved for plain weave and 2-2 twill

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Popoff, Michka. "Étude à l’échelle du nanomètre des propriétés mécaniques et électriques de systèmes biologiques." Thesis, Lille 1, 2014. http://www.theses.fr/2014LIL10220/document.

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Abstract:

Le microscope à force atomique (AFM) est un outil puissant pour l'étude des systèmes biologiques. Dans cette thèse, je me suis intéressé à la corrélation de quatre types de microscopies : la microscopie à force atomique, la microscopie optique à fluorescence à haute résolution, la microscopie électronique, et la microscopie à sonde de Kelvin (KFM). La corrélation des trois premières microscopies a donné naissance à l'approche CLAFEM (Correlative Light Atomic Force Electron Microscopies). Cette technique m'a permis de détecter des organites intracellulaires, tels que l'appareil de Golgi et des mitochondries. Des comètes d'actine dues à l'infection d'une cellule par Shigella flexneri, et le site d'entrée de Yersinia pseudotuberculosis ont été imagés avec cette approche. Parallèlement à cette partie expérimentale, j'ai développé un logiciel, appelé pyAF, pour analyser des courbes de forces et pour corréler les différents types de microscopies. Dans une deuxième partie, j'ai effectué des mesures des propriétés électriques par KFM et exploré la possibilité d'utiliser celle-ci en milieu liquide. L'étude des propriétés électriques en KFM a été effectuée sur des virus de la mosaïque du tabac à l'air, en utilisant des leviers conventionnels. L'utilisation de sondes Kolibri (résonateurs à quartz oscillant à 1 MHz) à l'air et en liquide a été explorée
The atomic force microscope (AFM) is a powerful tool for the study of biological systems. In this work, I was interested in the correlation of four types of microscopies: the atomic force microscopy, the high resolution fluorescence microscopy, the electron microscopy and the kelvin force microscopy (KFM). The correlation of the three first types of microscopies gave birth to the CLAFEM approach (Correlative Light Atomic Force Electron Microscopies). This technique allowed me to detect intracellular organelles, like the Golgi apparatus and mitochondria. Actin tails due to the infection of cells by the Shigella flexneri bacterium, and the entry site of Yersinia pseudotuberculosis bacteria were imaged with this approach. In parallel to this experimental part, I developed a software, called pyAF, for the analysis of force curves and the correlation of the different types of microscopies. In a second part, I measured electrical properties by KFM and explored the possibility to use KFM in liquid. Electrical properties of tobacco mosaic viruses were studied in air, using conventional cantilevers. I also used a new type of probe, called Kolibri, which is a quartz resonator oscillating at 1 MHz, in air and in liquid

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Meukam, Pierre. "Valorisation des briques de terre stabilisées en vue de l'isolation thermique de batiments." Cergy-Pontoise, 2004. http://biblioweb.u-cergy.fr/theses/04CERG0287.pdf.

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Abstract:

Ce travail porte sur la valorisation de matériaux locaux au Cameroun en vue d'améliorer leurs performances en isolation thermique. Il s'agit dans un premier de temps de mettre au point de nouveaux matériaux locaux pour l'enveloppe de bâtiment. La pouzzolane naturelle et la sciure de bois qu'on trouve en abondance au Cameroun ont servi à réaliser des briques de terre plus légères et de meilleures performances thermiques que celles utilisées actuellement dans la construction des maisons. Les résultats expérimentaux portant sur les propriétés therrnophysiques montrent que les briques de terre en latérite+pouzzolane et en latérite+sciure de bois sont plus légères et possèdent de meilleures performances d'isolation thermiques que les briques en latérite simple. Les mesures de la résistance en compression faites sur des BTS incorporant de la pouzzolane naturelle et sur celles incorporant une quantité limitée de sciure de bois donnent des valeurs satisfaisantes. Ces résistances mécaniques sont de même ordre de grandeur que celles des BTS actuellement utilisées. La conductivité thermique et de la diffusivité thermique de ces matériaux augmente avec en teneur en eau. L'augmentation de la teneur en ciment dans les BTS étudiées entraîne une augmentation de la conductivité et une baisse de la diffusivité thermique. La modélisation des transferts couplés de chaleur et d'humidité a permis de déterminer les profils de température, d'humidité relative ct de teneur en eau. à travers une enveloppe de bâtiment faite de ces matériaux. Les faibles teneurs en eau relevées dans les différents cas permettent de conclure qu'il y a une faible possibilité de condensation de vapeur d'eau dans ces matériaux et par conséquent leur durabilité n'est pas mise en cause
In this work, an experimental study was carried out in order to determine the properties of local materials used as construction materials. The thermal properties of lateritic soil based materials were deterrnined. The effect of addition of natural pozzolan or sawdust in lateritic soil brick on the thermal properties is examined. It was shown that the effect of incorporation of natural pozzolan or sawdust is the decreasing of the thermal conductivity and density. The moisture content of these materials can modify their thermal performance. Thus a study of the influence of the water content on the thermal conductivity L and the thermal diffusivity a is presented. The effect of the increasing of cement content is to increase the thermal conductivity and to decrease the thermal diffusivity. The composite materials used for building shielding present sufficient mechanical strength and are suitable for constructions. The analysis is developed for the prediction of the temperature, relative humidity and water content behaviour within the walls. A numerical model HMtrans, developed for prediction of heat and rnoisture transfer in multi-Iayered building cornponents, is used to simulate the temperature, moisture content and humidity profiles within the building envelopes. The results allow the prediction of the duration of the exposed building walls to the local weather conditions. There is therefore minimum possibility of water condensation in the materials studied. The durability of buiIding envelopes made of lateritic soil bricks with incorporation of natural pozzolan or sawdust is not strongly affected by the climate conditions in tropical and equatorial regions

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Lachhab, Touria. "Etude des propriétés mécaniques d'empilements désordonnés de billes de gel." Marne-la-vallée, ENPC, 1994. http://www.theses.fr/1994ENPC9408.

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Abstract:

Notre principale contribution à l'étude du matériau gel a été la mise au point d'un dispositif original de mesure directe de la pression osmotique dans les gels. Des expériences effectuées sur des gels cylindriques d'acide polyacrylique partiellement ionisés ont montré que la pression osmotique est linéaire avec la concentration en contre ions. Ce résultat est conforme aux théories existantes. Le comportement, sous compression œdométrique, d'empilements lâches de billes de gel gonflées dans une solution de salinité donnée est non linéaire et la caractéristique force-déformation peut être décrite par morceaux par une loi de puissance. Celle-ci présente trois régimes: un régime de consolidation décrit par un exposant de l'ordre de 1. 6, comparable à l'exposant donne par la loi d’Hertz. Dans le régime consolidé, le nombre de contacts augmente la déformation. Le comportement est alors gouverne par un exposant de l'ordre de 2. 5, plus grand que l'exposant d’Hertz. Enfin, apparait un comportement fortement non linéaire décrit par un exposant de l'ordre de 3. 5: tous les contacts sont établis et le comportement est dominé par la contribution des particules fortement déformées. Lors des cycles de compression, l'hystérésis est principalement due à la dissipation visqueuse dans les billes sans expulsion de solvant. Sous compression isotrope générée au sein de l'empilement, contraint à occuper un volume constant, par variation de la taille des particules obtenue en faisant varier la salinité de la solution, le comportement de l'empilement est encore non linéaire avec le paramètre de contrôle de l'expérience. Le comportement observé s'apparente à un régime consolidé, décrit par un exposant supérieur à celui obtenu dans le même régime en compression œdométrique

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Thummen, Frédéric. "Propriétés mécaniques et durée de vie de bétons réfractaires." Lyon, INSA, 2004. http://theses.insa-lyon.fr/publication/2004ISAL0027/these.pdf.

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Abstract:

Les réfractaires sont à l'origine de coûts élevés et récurrents dans les centrales LFC (Lit fluidisé circulant). Les sources de dégradation sont multiples et principalement liées à des chocs thermiques et des problèmes de dilatations bloquées au cours des différentes phases de montée et descente en température. Le but de cette étude est d'une part, de mieux comprendre le comportement mécanique et l'endommagement de ces réfractaires, qui est encore mal connus, et d'autre part, de développer des techniques de prédiction de cet endommagement. Nous avons étudié par des techniques non destructives (émission acoustique, ultrasons) l'endommagement de deux bétons réfractaires lors d'essais de flexion 4 points, de compression et de traction ainsi que leur comportement en fatigue. Afin de pouvoir prédire la durée de vie de ces matériaux en fatigue, un modèle phénoménologique simple, sous forme d'une loi puissance a été défini pour déterminer les temps à rupture en traction cyclique en fonction de l'amplitude des cycles et de la contrainte maximale appliquée. L'émission acoustique est apparue comme un indicateur fiable de l'endommagement. De plus, le traitement des données d'émission acoustique par un classificateur (k-moyennes) nous a permis de séparer le signal utile du bruit de fond. Cette analyse s'est révélée efficace en laboratoire et en environnement industriel simulé. Enfin, la modélisation de la durée de vie en fatigue nous a permis de proposer différents mécanismes d'endommagement au cours de l'essai de fatigue
Refractories are responsible for high and recurrent costs in CFB (Circulating Fluidised Bed) power plants. The major origins of the degradations of these materials are caused by thermal shocks and constrained dilatation during the different temperature cycles. The purpose of this study is first to better describe the mechanical behaviour and the damage of these refractories – which is still mostly unknown – and then to develop some damage prediction techniques. We have studied through non destructive techniques (acoustic emission, ultrasounds) the damage of two refractory concretes during 4-point bending tests, compression tests and tensile tests as well as their behaviour in fatigue. In order to be able to predict the service life of these materials in fatigue, we used a simple power law phenomenological model. This allowed to predict the time to failure as function of cycle amplitude and maximum stress. Acoustic emission appears to be a reliable indicator of the damage. Moreover, the acoustic emission data processing by a classificator (k-mean) enables us to separate the useful signal from the background noise. This analysis appeared effective in laboratory and simulated industrial environment. Lastly, the modeling of the lifetime in fatigue enabled us to propose various damage mechanisms during the fatigue test

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Fourcade, Thibaut. "Études des propriétés mécaniques de matériaux métalliques en couches minces." Thesis, Toulouse, INPT, 2013. http://www.theses.fr/2013INPT0071/document.

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Abstract:

Les couches minces sont utilisées dans un nombre important de domaines industriels comme les Micro- et Nano- Technologies (MNT) ou le traitement de surfaces. Elles peuvent être utilisées soit comme couches de structures, soit pour apporter des fonctions de protection ou de fonctionnalisation à des surfaces. On distingue généralement deux types de couches minces : les couches minces déposées et les couches minces autoportantes. L’objectif du travail présenté dans ce manuscrit est de développer des méthodes de caractérisation mécanique du comportement élasto-plastique des couches minces autoportantes et déposées. Dans un premier temps, nous présentons un essai de microtraction à même de travailler sur des couches d’épaisseur 750 nm et les moyens techniques associés. Ces outils permettent de caractériser les propriétés élasto-plastiques et l’endommagement mécanique des couches minces autoportantes. Dans un second temps, nous nous intéressons à la mise en œuvre de méthodes d’identification paramétrique associées à des essais d’indentation instrumentée dans l’optique de caractériser le comportement élasto-plastique des matériaux en couches minces déposées. Les couches caractérisées dans cette étude sont des multicouches Au-NiCo d’épaisseur totale 22 µm et des couches minces d’aluminium élaborées à partir de plusieurs procédées dont les épaisseurs sont comprises entre 1 et 1,5 µm
The thin films are used in a large number of industrial fields such as Micro- and Nano- Technology (MNT) or treatment of surfaces. They can be used either as layer structures, or to provide protection functions or functionalized surfaces. There are generally two types of thin layers deposited thin films and self-supporting thin layers. The objective of the work presented in this manuscript is to develop methods for mechanical characterization of elastic-plastic behavior of free-standing thin films and deposited. First, we present a microtensile test able to work on 750 nm thick layers and associated technical means. These tools allow to characterize the elastic-plastic properties and mechanical damage freestanding thin films. In a second step, we focus on the implementation of parametric identification methods associated with implementation of instrumented indentation testing in the context of characterizing the elastic-plastic behavior of the deposited thin film materials. The layers characterized in this study are multilayer NiCo In total thickness 22 microns and thin layers of aluminum produced from several procédées with thicknesses between 1 and 1.5 microns

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Mrabti, Abdelali. "Propriétés opto-mécaniques dans des matériaux nanostructurés : couplage plasmons-phonons." Thesis, Lille 1, 2016. http://www.theses.fr/2016LIL10201.

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Abstract:

Ce travail de thèse porte essentiellement sur l’étude du couplage élasto-plasmonique dans des systèmes périodiques nanostructurés. Cette interaction plasmon/phonon est étudiée dans un premier temps sur un nanofil métallique inséré dans une cavité d’un cristal bidimensionnel, consistant en un réseau de trous d’air percés dans une matrice diélectrique. Le second système analysé est un cristal à résonances locales composé d'une membrane diélectrique non absorbante, sur laquelle nous avons déposé un réseau carré de nanocylindres d'or. L'intérêt d'étudier ce système résulte du fait qu'il supporte des phonons bien localisés au niveau des nanocylindres, ce qui est une condition nécessaire pour un couplage efficace avec les modes plasmoniques. Le troisième système examiné est également un cristal à résonances locales, composé d’un réseau de nanocylindres métalliques en interaction avec un film métallique par l'intermédiaire d'un film ultra-mince de silice. L’intérêt d’étudier cette dernière structure est double : d’une part, les plasmons deviennent sensibles, par leur forte localisation, à des petites déformations du film ; d’autre part, ce système supporte des phonons bien localisés ce qui permet d’obtenir une amplification locale des vibrations à partir d’une source acoustique. En fin, il s’agit d’une cavité duale pour les phonons et les plasmons. Pour les trois systèmes étudiés dans cette thèse, nous avons montré qu’une vibration mécanique peut moduler au cours de sa période acoustique, la longueur d’onde de résonance des modes plasmoniques supportés par la structure
This thesis is focused on the elastoplasmonic coupling in periodic nanostructured systems. This interaction plasmon/phonon has been studied first for a metal nanowire inserted into a cavity of a two-dimensional crystal, consisting in a periodic array of holes in a dielectric matrix. The second investigated system is a crystal with sustaining local resonances. The crystal is formed by a square array of gold nanocylindres deposited on a non-absorbing dielectric membrane. The interest of such a system is that it can support phonon modes localized in the nanocylindre enabling thus an efficient coupling with plasmon modes. The third system is a crystal constituted by a metal nanoparticles array coupled to a metal film via an ultra thin dielectric spacer (silica). The motivation behind such a study is twofold: first, plasmon modes are sensitive to small local deformations due to their strong confinement; second such a system supports many localized phonons that can provide a local amplification of vibrations. It is then a dual cavity for phonon and plasmon modes. For the three systems studied in this thesis, we have shown that mechanical vibrations can modulate during an acoustic period the wavelength of the plasmon resonance modes supported by the structure

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Dissertations / Theses on the topic 'Matériaux – Propriétés mécaniques – Microscopie'

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