CE TRAVAIL CONSISTE A ETUDIER LE COMPORTEMENT THERMOMECANIQUE D'UN MATERIAU MULTICOUCHE OBTENU PAR PROJECTION THERMIQUE SOUS DES CONDITIONS THERMIQUES VARIABLES. LES RESULTATS EN REGIME ELASTIQUE MONTRENT L'INTERET DE L'ETUDE EN REGIME TRANSITOIRE QUI MET EN EVIDENCE DES EFFETS LOCAUX INACCESSIBLES EN REGIME PERMANENT ET LA NECESSITE DE RESOUDRE LE PROBLEME THERMIQUE POUR DES CONDITIONS AUX LIMITES VARIABLES. AU-DELA DU SEUIL ELASTIQUE, LE COMPORTEMENT THERMOMECANIQUE DU MULTIMATERIAU EST DECRIT PAR UN MODELE THERMOELASTOPLASTIQUE COUPLE AVEC UN MODELE D'ENDOMMAGEMENT. DES APPROCHES SEMI-LOCALE ET LOCALE DU PROBLEME PERMETTENT D'OBTENIR LA REPARTITION SPATIO-TEMPORELLE DE L'ENDOMMAGEMENT. UN DISPOSITIF EXPERIMENTAL DE CYCLAGE THERMIQUE A ETE MIS AU POINT POUR LA VALIDATION DES RESULTATS NUMERIQUES. UNE MODIFICATION DU TRANSFERT DE CHALEUR AU SEIN DU MATERIAU EST CONSTATEE LORS DES ESSAIS DE CARACTERISATION METTANT AINSI EN EVIDENCE UN NOUVEAU COUPLAGE ENTRE LES PROBLEMES THERMIQUE ET MECANIQUE PAR LA VARIATION DE SA CONDUCTIVITE THERMIQUE EFFECTIVE AVEC L'ENDOMMAGEMENT. LA PRISE EN COMPTE DE CE DERNIER PARAMETRE A PERMIS AU MODELE ETUDIE DE SIMULER ET D'APPROCHER CORRECTEMENT LES RESULTATS EXPERIMENTAUX.

Un grand nombre de systèmes thermomécaniques industriels se trouve confronté à des régimes transitoires plus ou moins rapides suivant la fréquence de fonctionnement. L'amélioration de leurs performances nécessite l'utilisation de nouvelles structures du type multimatériaux ou barrière thermique. En effet, ces matériaux peuvent être de type multicouche en associant plusieurs couches rangées de façon à améliorer le comportement mécanique et thermique d'un système ou alors constitués d'un substrat revêtu d'une succession de couches minces obtenues par projection thermique par exemple.Dans un système donné, ces matériaux subissent généralement des sollicitations cycliques qui peuvent être d'origine thermique et/ou mécanique. Il est donc nécessaire de mieux connaître leur comportement thermomécanique en régimes élastique et plastique. Ainsi, l'étude présentée dans ce travail, limitée ici à des conditions périodiques uniquement d'origine thermique, traite de l'évolution de l'endommagement d'un matériau sous une ou plusieurs formes de fatigue thermique.L'origine de la sollicitation imposée provient d'une condition de flux périodique (sous forme d'échelon, de triangle ou de sinus) prenant en compte les pertes par convection. Sur le plan mécanique, le matériau est supposé fixe sur l'une de ses deux extrémités et libre de se déformer sur l'autre. Les contraintes et les déformations mécaniques dans le matériau proviennent essentiellement des différences des coefficients de dilatation thermique et des gradients de température dans le matériau. La nature variable et transitoire du comportement thermique du matériau permet de suivre l'évolution de la distribution des contraintes et des déformations au sein du matériau.L'étude de son endommagement est menée selon les cas, soit sur des modèles établis directement à partir du comportement thermo élastique soit sur des modèles nécessitant l'étude thermo-élastoplastique. Dans les deux cas, comme la plupart des modèles d'endommagement (Lemaître et Chaboche) rencontrés dans la littérature ne sont valides que sur des matériaux uniformes et homogènes, une recherche de matériau équivalent du multi-matériau étudié était nécessaire. L'équivalence entre le matériau réel et le matériau équivalent repose sur un critère d'équivalence thermique. Les modèles étudiés fournissent dans les deux cas, l'évolution de l'endommagement du matériau, en fonction des paramètres géométriques et aussi de la forme des sollicitations thermiques imposées telles que le coefficient d'échange par convection, l'amplitude et la période du flux imposé.Une application de ces modèles sur un exemple de moteur à combustion interne est proposée à la fin de ce mémoire. Elle montre une prédiction du nombre de cycles (durée de vie) du cylindre moteur en fonction des conditions de fonctionnement utilisées.

Dans une première partie, on fait d'une part l'étude des transferts thermiques mis en jeux, en particulier les phénomènes d'échanges par rayonnement grande et courte longueur d'onde par la méthode des flux nets échangés, et d'autre part la systématique générale du programme permettant d'étudier les couplages thermiques de locaux. Dans la seconde partie on présente d'une part la cellule en site réel ainsi que l'ensemble métrologique et en scénari d'expérimentation utilisés, d'autre part on procède à la valorisation du modèle, élaboré dans la première partie, pour deux locaux dont un en serre. On met ainsi en évidence les couplages thermiques entre ces deux locaux.

L'étude concerne le comportement de structures métalliques soumises à la conjugaison d'un effort primaire et d'une sollicitation secondaire thermique cyclique. Ce type de chargement peut conduire la structure suivant l'intensité des contraintes créées à différents états asymptomatiques : l'adaptation, l'acommodation ou le phénomène de déformations progressives. Un dispositif expérimental original a été conçu et réalisé afin d'appliquer sur des cylindres minces en acier inoxydable une traction et un gradient axial de température cyclique d'intensité variable. Le comportement local et global de la structure est examiné grâce à une instrumentation extensométrique adaptée aux mesures dans des ambiances thermiques sévères. Des calculs numériques fondés sur la méthode des Eléments Finis sont menés en prenant en compte plusieurs modélisations de la loi de comportement du matériau. L'identification des différents modèles est faite à partir d'essais de caractèrisation monotone et cyclique en fonction de la température. La comparaison des résultats d'essais avec ceux issus des calculs permet une meilleure compréhension du comportement thermolastplastique de la structure.

Ce travail de thèse est destiné à apporter une contribution à la compréhension des mécanismes régissant le comportement thermo-mécanique des composites à matrice métallique. En particulier, les relations entre la mésostructure et les comportements mécanique et thermo-mécanique du composite étudié sont mises en évidence. Cette étude est articulée autour de quatre axe de recherche principaux : une caractérisation fine, d'une part, de la mésostructure qui met en évidence une orientation privilégiée des renforts liée au process d'élaboration du matériau, et d'autre part, de la microstructure qui permet d'identifier les acteurs agissant à l'échelle microscopique sur le comportement visco-plastique de la matrice; une étude des comportements élastique et micro-plastique du composite. La relation entre l'isotropie transverse des constantes d'élasticité et l'orientation privilégiée des renforts est ainsi clairement démontrée, à la fois expérimentalement et analytiquement au moyen de modèles de comportement (Mori/Tanaka et Ponte Castaneda/ Willis). Le comportement micro-plastique permet, par l'intermédiaire d'une méthode d'analyse développée au laboratoire, de caractériser, d'une part, \es champs de contrainte résiduels dus à \'élaboration du composite, et d'autre part, la limite d'écouleront locale de la matrice ; une caractérisation du comportement du composite sous une sollicitation thermo-mécanique qui montre une accélération de la vitesse de déformation en cyclage thermique sous charge par rapport au fluage isotherme. L'effet des caractéristiques de la sollicitation thermo-mécanique sur la déformation est étudié de manière approfondie. En outre, des observations de l'endommagement après un grand nombre de cycles thermiques sous charge sont présentés et permettent d'identifier les mécanismes d'amorçage; une analyse théorique des différents résultats expérimentaux, basée sur l'étude des champs de contrainte générés par les incompatibilités de déformation entre la matrice et les renforts, qui montre que l'accélération de la déformation en cyclage a pour origine les processus d'accommodation plastique qui agissent à l'échelle microscopique. Nous présentons en outre une analyse des mécanismes d'amorçage de l'endommagement, qui ouvre la voie au développement d'une méthode de prédiction de la durée de vie du composite en cyclage thermique sous charge.

CETTE THESE SE PLACE DANS LE CADRE GENERAL DE L'ETUDE DU TRANSFERT DE CHALEUR ENTRE MILIEUX ACCOLES. LE TRAVAIL PRESENTE SE DIVISE EN DEUX PARTIES. LA PREMIERE PARTIE EST EXPERIMENTALE. ELLE PRESENTE UNE ANALYSE DES CONDITIONS THERMIQUES DE CONTACT AU COURS DE LA FUSION D'ETAIN SUR DIFFERENTES PAROIS REFROIDIES, POUR DIFFERENTES SITUATIONS DE CHAUFFE ET DE DEBIT DE REFROIDISSEMENT. DEUX DISPOSITIFS SONT ETUDIES. LE PREMIER DISPOSITIF POSSEDE UN CREUSET DONT LA PAROI EST RECOUVERTE D'UN SUBSTRAT DE NICKEL POLI. CE SUBSTRAT EST INSTRUMENTE AVEC DES THERMOCOUPLES SEMI INTRINSEQUES CE QUI PERMET DE MIEUX ETUDIER LA REPARTITION DE LA RTC SUR LA PAROI. LE SECOND POSSEDE UN CREUSET EN CUIVRE DONT ON A FAIT VARIER LA RUGOSITE ET IL DISPOSE D'UN SYSTEME DE CHAUFFE PLUS PUISSANT. LES RESULTATS OBTENUS PAR LE PREMIER DISPOSITIF REVELENT QUE LA RTC N'EST PAS CONSTANTE AU COURS DU TEMPS NI UNIFORMEMENT DISTRIBUEE. L'AUGMENTATION DE LA PUISSANCE DE CHAUFFE CONDUIT CEPENDANT A UNE UNIFORMISATION RELATIVE DE L'EVACUATION DE LA CHALEUR. LES ESSAIS EFFECTUES SUR LE SECOND DISPOSITIF REVELENT LA PRESENCE D'OSCILLATIONS DE TEMPERATURE IMPORTANTES QUE L'ON ATTRIBUE A DES INSTABILITES DES CONDITIONS THERMIQUES DE CONTACT. LE FLAMBAGE DE LA CROUTE D'ETAIN POURRAIT ETRE RESPONSABLE DE CE COMPORTEMENT THERMIQUE. UNE FORTE PUISSANCE DISSIPEE ET UNE PLUS GRANDE CONDUCTIVITE DU CREUSET FAVORISERAIT SON APPARITION. DANS LA SECONDE PARTIE DE CE TRAVAIL, NOUS AVONS MENE UNE REFLEXION SUR LA CARACTERISATION DE LA SURFACE DE CONTACT ENTRE DEUX MILIEUX ACCOLES LORSQUE LES PROBLEMES THERMIQUE ET MECANIQUE SONT FORTEMENT COUPLES. CE COUPLAGE AINSI QUE LES FORTES NON LINEARITES, AUSSI BIEN DE COMPORTEMENT DE MATERIAUX QUE DUE AU CHANGEMENT DE PHASE, IMPOSENT L'UTILISATION D'UNE METHODE NUMERIQUE. NOUS AVONS MONTRE DANS UN PREMIER TEMPS QU'IL ETAIT POSSIBLE DE REALISER CETTE MODELISATION EN UTILISANT LE CODE AUX ELEMENTS FINIS DU C.E.A CASTEM 2000. TOUTEFOIS, DANS L'ETAT DU CODE AU MOMENT DE CE TRAVAIL, DES DEVELOPPEMENTS D'OPERATEURS SONT NECESSAIRES POUR MENER A BIEN UNE MODELISATION DU COUPLAGE SUR UNE CELLULE ELEMENTAIRE DE GEOMETRIE CYLINDRIQUE. CETTE DIFFICULTE EST CONTOURNEE EN S'INTERROGEANT SUR LA SIGNIFICATION ET LA MODELISATION DE LA DURETE VIS-A-VIS DE LA MODELISATION D'UN CONTACT. CES ANALYSES ONT PERMIS DE MONTRER QUE L'ON POUVAIT AU NIVEAU D'UN MICRO-CONTACT REPRESENTATIF, EN PREMIERE APPROCHE, UTILISER UNE SYMETRIE SPHERIQUE. CETTE APPROCHE SUBSTITUE LA MODELISATION DE L'EVOLUTION DU CONTACT PAR LA MODELISATION DE L'EXPANSION D'UNE CAVITE SPHERIQUE DONT LE RAYON INTERIEUR S'IDENTIFIE AU RAYON DE CONTACT. CETTE EXPANSION DEFINIT UN AUTRE COMPORTEMENT QUI POURRAIT ETRE RESPONSABLE DES VARIATIONS DES CONDITIONS DE CONTACT

ON SE PROPOSE D'ETUDIER LES TRANSFERTS DE CHALEUR COUPLES INTERVENANT DANS LES FOURS HIP FONCTIONNANT A TRES HAUTE PRESSION ET HAUTE TEMPERATURE. L'ETUDE PORTE PLUS PARTICULIEREMENT SUR LA CARACTERISATION, DANS CES CONDITIONS EXTREMES, DES PROPRIETES DU FLUIDE DE TRAVAIL (L'ARGON) ET DE L'ISOLANT FIBREUX (FEUTRE DE CARBONE) CONSTITUANT LE CALORIFUGEAGE DE L'ENCEINTE HAUTE TEMPERATURE. L'ETUDE S'EST ATTACHEE A CARACTERISER LES PROPRIETES THERMOPHYSIQUES DU FLUIDE DE PRESSION (GAZ ARGON) A HAUTE TEMPERATURE ET A HAUTE PRESSION. DES MESURES DE CONDUCTIVITE THERMIQUE PAR UNE METHODE A FIL CHAUD EN REGIME TRANSITOIRE SONT PROPOSEES. L'ETUDE DE LA MORPHOLOGIE DU FEUTRE DE CARBONE EST COMPLETEE PAR LA DETERMINATION DU COEFFICIENT D'EXTINCTION PAR UNE VOIE EXPERIMENTALE (MESURE DE TRANSMITTIVITE) ET PAR DES CALCULS (THEORIE DE LA DIFFUSION DE MIE). DES MESURES DE LA CONDUCTIVITE THERMIQUE EFFECTIVE DU FEUTRE DE CARBONE DANS UN INTERVALLE DE TEMPERATURE COMPRIS ENTRE QUATRE CENTS ET HUIT CENTS KELVIN POUR DES PRESSIONS COMPRISES ENTRE UN MILLIBAR ET DEUX MILLE BARS SONT PRESENTEES. UN MODELE DE CONDUCTION DANS LA MATRICE FIBREUSE EST PROPOSE. LE MODELE PREND EN CONSIDERATION LES PHENOMENES DE CONSTRICTION ET DE RESISTANCE DE CONTACT ENTRE FIBRES DE MANIERE GLOBALE. UN PARAMETRE DE COUPLAGE PERMET D'ESTIMER L'IMPORTANCE DE CES PHENOMENES EN FONCTION DE LA PRESSION DE GAZ INTERSTITIEL