L’objectif de ce travail a tout d’abord été de développer une méthodologie de simulation numérique de propagation de fissure, en appliquant une approche couplée en chargement cyclique. On s’est intéressé, plus particulièrement, à l’utilisation d’éléments de zones cohésives couplés à une loi de comportement spécifique, afin de simuler, sans discontinuité, et avec un caractère prédictif, l’avancée d’une fissure. Enfin, nous avons établi un modèle phénoménologique de propagation, dans le cadre de la Mécanique Linéaire de la rupture, qui rend compte des effets de fissure courte et, à haute température, des effets de fluage et d’oxydation sur la vitesse de propagation par fatigue. L’objectif de ce modèle est de fournir aux Bureaux d’Etudes un outil rapide et facile à mettre en œuvre afin de dimensionner des pièces industrielles telles que les aubes de turbines. Cette étude, très riche en termes de résultats expérimentaux de propagation de fissure, a permis de développer une approche locale basée sur les modèles de zones cohésives pour la simulation numérique de la propagation de fissure. Mais les perspectives futures de l’application de telles méthodes sont de pouvoir fournir des informations sur le couplage complexe qui existe entre la plasticité en pointe de fissure et le phénomène de propagation qui permettront d’enrichir des modèles phénoménologiques applicables en Bureaux d’Etudes

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.

Les aubes de turbine Haute Pression des moteurs d’avion, constituées du superalliage monocristallin AM1, sont refroidies par un circuit complexe de microcanalisations, situé en bord d’attaque et près du bord de fuite. Il peut constituer des sites privilégiés d’endommagement et d’amorçage de fissures, qu’il est indispensable de prendre en compte dans le dimensionnement en fatigue des aubes de turbines. Ce travail a consisté, dans un premier temps, à réaliser une étude expérimentale sur des éprouvettes perforées de trous de différents diamètres. Elle a permis de mettre en évidence qualitativement et quantitativement l’effet du gradient de contrainte sur l’amorçage de fissure. Cependant, la contrainte locale maximale (ou la déformation maximale) ne peut suffire dans un critère de rupture, car elle surestime le risque de rupture, ne prenant pas en compte les effets d’échelle ou de géométrie. Une méthode de moyenne volumique a alors été proposée pour prendre en compte le gradient de contrainte dans le calcul de durée de vie et a ainsi permis d'améliorer les prévisions de durée de vie.Parallèlement, un modèle d'endommagement de fatigue anisotrope, qui couple plasticité et endommagement, en s’attachant particulièrement à décrire la phase de micro-amorçage, a été développé. L’identification et la validation du modèle ont été réalisées à partir d’une base de données expérimentales conséquente sur l’AM1 et sur les essais sur éprouvettes perforées réalisés au cours de ce travail. Afin de prendre en compte les effets de gradient dans les zones à forte concentration de contrainte, la méthode de moyenne volumique a été appliquée avec ce modèle et a fourni des résultats encourageants.

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.

In the past twenty years, new experimental approaches, improved models and progress in simulation techniques brought new insights into long-standing issues concerning dislocation-based plasticity in crystalline materials. During this period, three-dimensional dislocation dynamics simulations appeared and reached maturity. Their objectives are to unravel the relation between individual and collective dislocation processes at the mesoscale, to establish connections with atom-scale studies of dislocation core properties and to bridge, in combination with modelling, the gap between defect properties and phenomenological continuum models for plastic flow. Dislocation dynamics simulations are becoming accessible to a wide range of users. This book presents to students and researchers in materials science and mechanical engineering a comprehensive coverage of the physical body of knowledge on which they are based. It includes classical studies, which are too often ignored, recent experimental and theoretical advances, as well as a discussion of selected applications on various topics.

The book intends to give a state-of-the-art overview of flexoelectricity, a linear physical coupling between mechanical (orientational) deformations and electric polarization, which is specific to systems with orientational order, such as liquid crystals. Chapters written by experts in the field shed light on theoretical as well as experimental aspects of research carried out since the discovery of flexoelectricity. Besides a common macroscopic (continuum) description the microscopic theory of flexoelectricity is also addressed. Electro-optic effects due to or modified by flexoelectricity as well as various (direct and indirect) measurement methods are discussed. Special emphasis is given to the role of flexoelectricity in pattern-forming instabilities. While the main focus of the book lies in flexoelectricity in nematic liquid crystals, peculiarities of other mesophases (bent-core systems, cholesterics, and smectics) are also reviewed. Flexoelectricity has relevance to biological (living) systems and can also offer possibilities for technical applications. The basics of these two interdisciplinary fields are also summarized.