Analyse expérimentale et modélisation par champs de phase du couplage mécanique/diffusion

L'objectif de ce travail est de modéliser le couplage fort entre le chargement mécanique et la microstructure dans des conditions de chargements complexes. On développe d'un point de vue théorique les bases thermodynamiques de tels couplages. D'un point de vue expérimental, on teste des couples de diffusion simples, de sorte à mettre en avant ces couplages, notamment pour clarifier le rôle de la plasticité sur la diffusion. Comme exemple d'application industrielle, on s'intéresse au cas des superalliages monocristallins à base de Nickel. Il a été observé qu'à haute température et sous chargement mécanique, les précipités γ' coalescent de manière anisotrope pour former une structure lamellaire de radeaux dans des plans cubiques de type {100}, ce phénomène est appelé la mise en radeaux. Ces évolutions de microstructure pendant la mise en radeaux n'est pas seulement due au processus de diffusion, mais aussi aux chargements thermomécaniques appliqués. La méthode du champ de phase sera utilisée pour modéliser l'évolution de la microstructure, en tenant compte du fort couplage entre les chargements mécaniques, la transformation de phase et la diffusion des espèces chimiques. Un système binaire Ni-Al avec deux phases γ (Ni) et γ' (Ni_3Al) a été considéré pour l'étude de ce cas. Différents types de chargements ont été simulés tels que le fluage, la fatigue et la fatigue-fluage afin d'étudier leurs effets sur la morphologie des phases, sur leur fraction volumique et sur la cinétique de transformation. L'oxydation de parois minces de superalliages monocristallins à base de Nickel en présence de chargements mécaniques a engendré l'apparition d'une zone de déplétion où une dissolution des précipités γ' a eu lieu. Ces effets sont simulés avec le modèle numérique développé. De plus, des observations expérimentales sont réalisées sur des matériaux industriels et des matériaux modèles afin de mettre en évidence les mécanismes de ce couplage.