Les aubes de turbine haute pression des turboréacteurs sont des composants soumis à des chargement thermo-mécanique sévères. Ces aubes sont maintenant réalisées en superalliage monocristallin à base nickel car ce matériau possède d'excellentes propriétés à haute température. Le procédé de fabrication de ces aubes monocristalline entraîne des défauts et notamment des pores localisés dans les espaces inter-dendritiques. Sous l'action de sollicitation cyclique, des microfissures se forment sur ces défauts, donnant naissance à une fissure principale pouvant conduire à la rupture de la pièce. L'objet de cette thèse est d'étudier l'amorçage et la micro-propagation de fissure sur défaut. Une étude expérimentale a été menée sur des éprouvettes tubulaires contenant une entaille assimilée à un pore. Nous avons montré que la viscoplasticité et l'activation de l'oxydation induisaient un comportement de type fissure courte. Une analyse numérique par éléments finis sur des maillages d'éprouvettes entaillées a montré l'importance de la plasticité générée par le défaut sur la vitesse de propagation des fissures courtes. Puis nous avons établi un modèle de micro-propagation de fissure permettant d'estimer la vitesse de propagation de fissure s'amorçant sur une entaille. Nous avons opté pour un modèle décrit à l'échelle locale en utilisant les champs de contraintes générées par le défaut. Ce modèle rend compte de la plasticité locale due à l'entaille et de la fragilisation en pointe de fissure par l'oxydation. Le modèle développé ouvre des perspectives prometteuses sur la prédiction de la durée de vie à l'amorçage sur pore de fonderie.

Les aubes de la turbine haute pression des turboréacteurs ou des turbines terrestres sont des composants importants soumis à des chargements thermomécaniques sévères. Ces aubes sont fréquemment réalisées en superalliage à base de nickel monocristallin. Les modèles de durée de vie actuels décrivent l'amorçage de microfissures, alors que plusieurs études ont montré la nécessité de tenir compte de leur propagation. L'objet de cette thèse était donc de la modéliser par l'approche locale de la rupture en fatigue et en fatigue-fluage. Nous avons d'abord identifié une loi de comportement cristallographique dans des conditions de sollicitation variées. Cette loi a été utilisée pour simuler l'activation des systèmes de glissement en pointe de fissure à haute température sous sollicitations cycliques. Des essais de fissuration à haute température ont alors été réalisés pour comprendre l'influence de plusieurs paramètres. On montre notamment que les effets de l'orientation cristallographique ou de l'environnement sont peu marqués. Deux modèles complémentaires de propagation de fissure sont proposés. Le premier permet d'estimer rapidement la vitesse de propagation en fonction des conditions de chargement. Il s'agit d'un post-traitement de calculs cycliques par éléments finis, utilisable à moyen terme en milieu industriel. Le deuxième modèle permet de simuler le chemin de fissuration, notamment la bifurcation de fissure. C'est un modèle d'endommagement continu. Ces outils ont été validés dans plusieurs conditions de chargement. Ils offrent des perspectives prometteuses d'amélioration des prédictions de durée de vie. L'extension des modèles au cas anisotherme, la modélisation non locale de l'endommagement et la diminution des temps de calcul sont des points sur lesquels des progrès sont possibles.

L'ENDOMMAGEMENT EN FATIGUE ANISOTHERME PEUT ETRE ETUDIE GRACE A UN ESSAI TECHNOLOGIQUE, APPELE FATIGUE MECANO-THERMIQUE, COMPLEMENTAIRE DE L'ESSAI DE FATIGUE THERMIQUE. CET ESSAI A ETE APPLIQUE A UN SUPERALLIAGE BASE NICKEL MONOCRISTALLIN POUR AUBES DE TURBINE AVEC UN CYCLE SIMULANT LE COMPORTEMENT D'UN ELEMENT DE VOLUME DU BORD D'ATTAQUE. LA NATURE ANISOTROPE INFLUENCE LE COMPORTEMENT MECANIQUE ET LA RESISTANCE EN FATIGUE OLIGOCYCLIQUE ISOTHERME ET ANISOTHERME. L'EFFET EST D'AUTANT PLUS MARQUE A BASSES TEMPERATURES ET AUX FORTS NIVEAUX DEFORMATION OU UNE DEFORMATION PLASTIQUE LOCALISEE SUIVANT UN SYSTEME DE GLISSEMENT UNIQUE ET UN FAIBLE NOMBRE DE PLANS ACTIVES CONDUIT A UNE REDUCTION DE LA DUREE DE VIE PAR FISSURATION LE LONG DES PLANS DE CISAILLEMENT. LA TEMPERATURE A PLUS DE CONSEQUENCE SUR LA RESISTANCE MECANIQUE ET LES MODES D'ENDOMMAGEMENT. AUX TEMPERATURES A 760C L'ENVIRONNEMENT JOUE UN ROLE NEGLIGEABLE. LES FISSURES NE S'AMORCENT PAS A L'EMERGENCE DES BANDES DE GLISSEMENT, MAIS A PARTIR DES DEFAUTS QUE SONT LES POROSITES INHERENTES AU PROCEDE D'ELABORATION PAR SOLIDIFICATION ORIENTEE. LE MECANISME D'AMORCAGE A HAUTES TEMPERATURES (950C ET 1100C) EST LIE A LA RUPTURE REPETEE DES OXYDES DE SURFACE QUI SOUS L'EFFET DES SOLLICITATIONS CYCLIQUES ET DE LA DIFFERENCE DE COMPORTEMENT ENTRE L'ALLIAGE ET LES OXYDES PROVOQUE UNE OXYDATION INTERNE, CONDUISANT PROGRESSIVEMENT A LA FORMATION D'UNE MICRO-FISSURE. DANS LE DOMAINE DE TEMPERATURE ET DE FREQUENCE ETUDIE, L'ENVIRONNEMENT AFFECTE LA RESISTANCE DU SUPERALLIAGE. NOUS AVONS PROPOSE UN MODELE D'ENDOMMAGEMENT DECRIVANT LA PERIODE D'AMORCAGE DES FISSURES AVEC UNE INTERACTION FATIGUE-OXYDATION. UNE ZONE FRAGILISEE A ETE MISE EN EVIDENCE EN POINTE DE FISSURE DANS LAQUELLE LES VITESSES DE FISSURATION PEUVENT ETRE SUPERIEURES DE QUATRE ORDRES DE GRANDEUR A CELLES OBSERVEES DANS LE MATERIAU NON-FRAGILISEE. UNE EQUATION D'ENDOMMAGEMENT BASEE SUR LA DESCRIPTION QUANTITATIVE DES CINETIQUES D'OXYDATION ET DE LA PROPAGATION DE FISSURE PAR UNE ANALYSE DES CONDITIONS LOCALES DE LA CONTRAINTE DE RUPTURE PERMET DE PREDIRE DE FACON SATISFAISANTE LA DUREE DE VIE A L'AMORCAGE DES EPROUVETTES D'ORIENTATION CRISTALLOGRAPHIQUE 001

Le procédé de fonderie permet de produire en grande série des pièces à géométrie complexe à faible coût. Cependant, les défauts inhérents à ce procédé de fabrication (soufflures, retassures, etc.) sont des sites privilégiés d'amorçage de fissures de fatigue. La position d'un défaut par rapport à la surface de la pièce influe sur sa nocivité et sur la résistance en fatigue du composant. Les connaissances actuelles sur les mécanismes d'amorçage et de propagation de fissures de fatigue internes sont bien moins développées que celles sur les fissures amorcées à partir de défauts de surface. L'objectif de ce travail est donc de caractériser les mécanismes et cinétiques d'amorçage et de propagation de fissures de fatigue internes courtes dans l'alliage d'aluminium moulé A357-T6. Pour cela, un dispositif expérimental permettant d'observer l'amorçage et la propagation de fissures de fatigue internes par tomographie synchrotron in-situ et thermographie infrarouge a été développé. Les données de tomographie ont permis de quantifier les cinétiques de propagation de fissures internes. Les étendues des facteurs d'intensité des contraintes ont été calculées par éléments finis le long des fronts de fissure en supposant le matériau homogène. Par ailleurs, La microstructure des éprouvettes a été caractérisée par tomographie à contraste de diffraction (DCT) ce qui a permis de réaliser des calculs sur agrégats polycristallins afin de mieux comprendre les interactions entre fissures et microstructure. Enfin, grâce à des simulations thermomécaniques par éléments finis, les élévations de température en surface des éprouvettes, mesurées par thermographie infrarouge, ont pu être corrélées aux évolutions 3D des fronts de fissure observées par tomographie.

CARACTERISATION EN FATIGUE OLIGOCYCLIQUE: L'ETUDE DETAILLEE DES SITES D'AMORCAGE ET DES CHEMINS DE PROPAGATION DES FISSURES A MONTRE L'INTERVENTION DE MECANISMES DIFFERENTS SELON LA TEMPERATURE. LE ROLE DETERMINANT DE L'ENVIRONNEMENT A DONNE LIEU A UNE ETUDE PLUS COMPLETE A 1000 C POUR PRECISER L'INTERACTION FATIGUE-OXYDATION

ETUDE DES PROPRIETES DE FATIGUE DES SUPERALLIAGES CONTENANT DES INCLUSIONS DE TYPE CERAMIQUE. DETERMINATION, A TEMPERATURE AMBIANTE, DES CINETIQUES DE DEBUT DE PROPAGATION DE FISSURES A PARTIR DES DEFAUTS PRESENTS DANS LA STRUCTURE. MISE EN EVIDENCE, D'UN EFFET DE "FISSURE COURTE". IL EST DEMONTRE QUE DEUX PARAMETRES JOUENT UN ROLE, ESSENTIEL DANS LA DIFFERENCIATION DES CINETIQUES DE PROPAGATION DES FISSURES COURTES ET LONGUES : LE CARACTERE TRIDIMENTIONNEL DES FISSURES NATURELLES ET LE PHENOMENES DE FERMETURE DE FISSURES

L'OBJECTIF DE CETTE ETUDE SUR DE LA PROPAGATION DES FISSURES PAR FATIGUE A HAUTE TEMPERATURE DANS L'ALLIAGE 718 EST D'UNE PART DE S'APPROCHER DES CONDITIONS REELLES D'UTILISATION ET D'AUTRE PART DE CONTRIBUER A LA COMPREHENSION DE L'EFFET D'UN TEMPS DE MAINTIEN PENDANT UN CYCLE DE FATIGUE. LE PREMIER ASPECT EST ABORDE PAR L'UTILISATION D'UNE PIECE INDUSTRIELLE REELLE (DISQUE DE TURBINE) DE LA PRODUCTION DE SNECMA MOTEURS. DES ESSAIS DE PROPAGATION EN FATIGUE-FLUAGE A 650\C SUR EPROUVETTES CT (FISSURES LONGUES 2D) AINSI QUE SUR EPROUVETTES KB 2.5 (PETITES FISSURES SEMI-CIRCULAIRES) MONTRENT UNE FORTE INTERACTION ENTRE L'ORIENTATION DU FRONT DE FISSURE ET LE FIBRAGE INDUIT PAR LES OPERATIONS DE MISE EN FORME. LORSQUE LE FRONT DE FISSURE EST PERPENDICULAIRE AU FIBRAGE, LE DELAMINAGE TRANSVERSE DES EPROUVETTES LE LONG D'ALIGNEMENTS DE PHASES ANNULE TOUT EFFET ACCELERATEUR DU TEMPS DE MAINTIEN. LORSQUE LE FRONT DE FISSURE SE PROPAGE ENTRE LES NAPPES DE PHASE , L'EFFET DE TEMPS DE MAINTIEN EST TRES MARQUE. SUR DEFAUT 3D, UNE FORTE ANISOTROPIE DE LA VITESSE DE PROPAGATION EST OBSERVEE, LIEE AUX EFFETS D'ENVIRONNEMENT CAR ABSENTE SOUS VIDE. POUR LE SECOND ASPECT, L'APPLICATION DE CHARGEMENTS MECANIQUES PLUS PROCHES DE LA REALITE QUE LE CYCLE DE FATIGUE-FLUAGE MONTRE QUE LA SENSIBILITE AU TEMPS DE MAINTIEN PEUT ETRE FORTEMENT REDUITE DES QU'ON DECHARGE MECANIQUEMENT L'EPROUVETTE AVANT L'APPLICATION DU PALIER (CYCLE AVEC PIC DE CONTRAINTE). DES 20% DE DECHARGE, L'EFFET D'UN TEMPS DE MAINTIEN DE 300S EST ANNULE. LA SIMULATION NUMERIQUE DE CE TYPE DE CHARGEMENT MONTRE QUE LES EFFETS D'ENVIRONNEMENT SONT ANNIHILES PAR UNE RELAXATION RAPIDE DES CONTRAINTES ET UNE FORTE DIMINUTION DE LA VITESSE DE DEFORMATION, EMPECHANT LE TRANSPORT DES ESPECES FRAGILISANTES DANS LE MATERIAU. DE PLUS, ON MONTRE QUE LA VARIATION DE LA TEMPERATURE PENDANT LE TEMPS DE MAINTIEN PEUT EGALEMENT MENER A UN FORT RALENTISSEMENT DE LA VITESSE DE PROPAGATION PAR RAPPORT A DES CONDITIONS ISOTHERMES.