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.

RECHERCHE D'UN PARAMETRE DE CHARGEMENT SUSCEPTIBLE DE REPRESENTER CORRECTEMENT LA PROPAGATION DE FISSURES A HAUTE TEMPERATURE. DANS CE CAS, LE FACTEUR D'INTENSITE DE CONTRAINTE K EST LE PARAMETRE QUI PERMET LES MEILLEURS CORRELATIONS ENTRE VITESSE DE PROPAGATION ET VARIABLES EXPERIMENTALES. ACTION DE L'OXYGENE SUR LA PROPAGATION. MODELISATION DE LA PROPAGATION EN FLUAGE ET FATIGUE-FLUAGE

L'OBJET DE L'ETUDE EST DE PROPOSER UN MODELE PHENOMENOLOGIQUE DE L'ENDOMMAGEMENT DES SUPERALLIAGES A BASE DE NICKEL PAR L'OXYDATION, CONDUISANT A UNE DEGRADATION DE LEURS PROPRIETES DE FISSURATION EN FATIGUE A 650C. EN S'APPUYANT LARGEMENT SUR LA MICROSCOPIE ELECTRONIQUE EN TRANSMISSION ANALYTIQUE, LES MECANISMES D'OXYDATION STATIQUE ET EN PARTICULIER LE STADE DE GERMINATION SONT ETUDIES. L'INFLUENCE DE LA COMPOSITION CHIMIQUE, DE LA MICROSTRUCTURE, DE LA PRESSION D'OXYGENE ET D'UNE PREDEFORMATION MECANIQUE SUR CE PREMIER STADE DU PROCESSUS D'OXYDATION EST DISCUTEE. DES ESSAIS DE PROPAGATION DE FISSURES SOUS DIFFERENTES PRESSIONS D'OXYGENE, DANS L'ALLIAGE 718, MONTRENT L'EXISTENCE D'UNE PRESSION DE TRANSITION DELIMITANT DEUX REGIMES DE PROPAGATION LIES AUX MODES D'OXYDATION. UNE RELATION EST ETABLIE ENTRE CES DEUX REGIMES ET LA NATURE DES PREMIERS GERMES FORMES. CETTE PRESSION DE TRANSITION NE DEPEND PAS DES CONDITIONS DE SOLLICITATION, FREQUENCE ET CHARGEMENT, MAIS DE LA TENEUR EN CHROME DU MATERIAU. DES ESSAIS SUPERPOSANT UN CRENEAU DE PRESSION A UN CYCLE DE CHARGEMENT MECANIQUE EN FATIGUE LENTE OU FATIGUE-FLUAGE PERMETTENT DE PRECISER LE MODE D'ENDOMMAGEMENT PAR L'OXYDATION. LA PROPAGATION DE LA FISSURE SE FAIT DE FACON CONTINUE, INDIQUANT QU'IL N'Y A PAS DEVELOPPEMENT D'UNE COUCHE D'OXYDE OU DE FRAGILISATION A LONGUE DISTANCE. CES ESSAIS INDIQUENT AUSSI LES PHASES DU CYCLE PENDANT LESQUELLES L'OXYDATION A UN EFFET ENDOMMAGEANT. IL S'AGIT DE LA FRACTION DU CYCLE OU LA VITESSE DE DEFORMATION EN POINTE DE FISSURE EST POSITIVE. SON IMPORTANCE DEPEND DE L'APTITUDE DU MATERIAU A RELAXER RAPIDEMENT LA CONTRAINTE. UN MODELE DE FRAGILISATION EST PROPOSE, BASE SUR LA FORMATION EN POINTE DE FISSURE DE GERMES DE NIO PENDANT CERTAINES PARTIES DU CYCLE DE SOLLICITATION. DES MODIFICATIONS CHIMIQUES ET MICROSTRUCTURALES DE CES ALLIAGES SONT PRECONISEES, PERMETTANT D'AMELIORER LEUR RESISTANCE A LA FISSURATION

L'objectif de ce travail est de simuler les vitesses de fissuration sous chargement cyclique avec ou sans temps de maintien à haute température dans un environnement inerte, pour un matériau " fragile au fluage ", un superalliage à base de nickel. Les essais de fissuration avaient été menés à 750ʿC sous vide pour mettre en relief les interactions des effets d'endommagement induits par le fluage et la fatigue. Pour représenter la partie cyclique du chargement, la simulation fait intervenir un champ d'endommagement cyclique au voisinage de la pointe de fissure et la fermeture de fissure. La simulation lors des temps de maintien utilise un champ d'endommagement qui dépend des déformations de fluage et qui prend en compte les influences de l'émoussement en pointe de fissure et du temps de remise en chargement. Les interactions fatigue fluage reposent sur l'association des deux endommagements de fatigue et de fluage et sur un paramètre d'endommagement global.

LES SUPERALLIAGES BASE NICKEL MONOCRISTALLINS REPONDENT PARFAITEMENT AUX EXIGENCES REQUISES POUR LES AUBES MOBILES DE TURBINE DANS LES MOTEURS D'AVION CAR ILS POSSEDENT UNE EXCELLENTE TENUE AU FLUAGE, A LA FATIGUE THERMIQUE ET UNE BONNE RESISTANCE A LA CORROSION JUSQU'A DES TEMPERATURES TRES ELEVEES. A HAUTE TEMPERATURE, CES MATERIAUX SOLLICITES EN FLUAGE VOIENT LEUR MICROSTRUCTURE, INITIALEMENT CONSTITUEE DE PRECIPITES CUBOIDAUX DE PHASE GAMMA PRIME DANS UNE MATRICE GAMMA, EVOLUER AU COURS DU TEMPS ET CONSTITUER DES RADEAUX. SELON LE TYPE DE SOLLICITATION (TENSION OU COMPRESSION) ET L'AXE CRISTALLOGRAPHIQUE SELON LEQUEL LA CONTRAINTE EST APPLIQUEE, UNE OU PLUSIEURS FAMILLES DE PLAQUETTES APPARAISSENT ET CONFERENT A L'ALLIAGE UNE RESISTANCE ACCRUE AU FLUAGE EN ORGANISANT L'ESPACE EXPLORABLE PAR LES DISLOCATIONS ET EN LIMITANT LEUR LIBRE PARCOURS MOYEN. CEPENDANT, UNE PREDEFORMATION EN COMPRESSION N'AMELIORE PAS LE COMPORTEMENT DU MATERIAU EN FLUAGE TENSION (OU VICE-VERSA) CAR L'ACCUMULATION DES DISLOCATIONS CONDUIT A UNE INSTABILITE ET PROVOQUE RAPIDEMENT LA RUINE DU MATERIAU. IL N'EST DONC PAS POSSIBLE DE DISSOCIER MORPHOLOGIE DE COALESCENCE ET STRUCTURES DE DISLOCATIONS INDUITES PAR LA DEFORMATION PLASTIQUE. ENFIN, LA LOI MACROSCOPIQUE DE SCHMID PREVOYANT LES SYSTEMES DE GLISSEMENT ACTIVES AU COURS DU FLUAGE DOIT ETRE UTILISEE AVEC PRUDENCE CAR CES ALLIAGES POSSEDENT UNE TRES FORTE FRACTION VOLUMIQUE DE GAMMA PRIME DONT LA PRESENCE MODIFIE PROFONDEMENT LA REPARTITION DES CONTRAINTES A L'ECHELLE MICROSCOPIQUE

CETTE ETUDE PORTE SUR LE COMPORTEMENT EN FISSURATION A 750\C DE SUPERALLIAGES A BASE DE NICKEL POUR DISQUES DE TURBINE. CES ALLIAGES AVAIENT SURTOUT ETE AMPLEMENT ETUDIES JUSQU'AUX TEMPERATURES DE 600-650\C MAIS LE DEVELOPPEMENT DES NOUVEAUX MOTEURS NECESSITE UNE MEILLEURE COMPREHENSION DES INTERACTIONS POSSIBLES ENTRE LES DIFFERENTS FACTEURS QUE SONT LA FATIGUE, LE FLUAGE ET L'OXYDATION QUI GOUVERNENT L'ENDOMMAGEMENT AUX PLUS HAUTES TEMPERATURES. A 750\C, LE MODE DE FISSURATION INTERGRANULAIRE ENTRAINE UNE FORTE SENSIBILITE DES ALLIAGES AUX PARAMETRES MICROSTRUCTURAUX. UNE ETUDE DE FOND A ETE CONDUITE SUR LES INTERACTIONS FATIGUE-FLUAGE SUR UNE MICROSTRUCTURE DE REFERENCE D'UN ALLIAGE : L'ASTROLOY ATGP3. LES TENDANCES OBSERVEES ONT ETE VALIDEES SUR D'AUTRES MICROSTRUCTURES DE CE MATERIAU OU SUR D'AUTRES ALLIAGES : LE N18 OU SUR LE NR3 RECEMMENT DEVELOPPE PAR L'ONERA. L'ETUDE A ETE ABORDEE EN DECOUPLANT LES EFFETS DE FLUAGE ET D'OXYDATION, TOUS DEUX THERMIQUEMENT ACTIVES, PAR UNE CARACTERISATION EN FATIGUE-FLUAGE SOUS VIDE. LA METHODE EXPERIMENTALE MISE AU POINT, BASEE SUR LE SUIVI ELECTRIQUE DE LA FISSURE, A PERMIS DE DISTINGUER LA PROPAGATION A CHAQUE REMISE EN CHARGE DE CELLE SURVENANT PENDANT LE PALIER POUR LES SPECTRES DE CHARGEMENT TRAPEZOIDAUX APPLIQUES. DES INTERACTIONS ENTRE L'ENDOMMAGEMENT CYCLIQUE ET STATIQUE ONT AINSI PU ETRE IDENTIFIEES ET QUANTIFIEES POUR ABOUTIR A UN MODELE PHENOMENOLOGIQUE DE PROPAGATION QUI INTEGRE LES PARAMETRES DE FISSURATION QUE SONT LA FORME DU SPECTRE DE CHARGEMENT ET LE FACTEUR D'INTENSITE DE CONTRAINTE. PAR AILLEURS, DES ESSAIS SOUS AIR ONT ETE CONDUITS POUR PERMETTRE D'IDENTIFIER LES EFFETS COMPLEXES DE L'ENVIRONNEMENT A 750\C. L'EVOLUTION DE LA PRECIPITATION GAMMA PRIME INTRAGRANULAIRE

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.