Academic literature on the topic 'Gradient de contrainte'

L’histoire de la subsidence et de l’évolution thermique du sous-bassin de Kribi-Campo situé dans le Golfe de Guinée a été contrainte à l’aide de 10 puits en mer en utilisant la technique de délestage après décompaction. Quatre principales phases de subsidence ont été discriminées : la première, du Barrémien à l’Aptien (130–112 Ma); la deuxième, de l’Albien au Sénonien (112–65 Ma); la troisième, s'étendant du Paléocène au Miocène (65–5 Ma); et la quatrième du Pliocène au Pléistocène (5–2 Ma). Les cartes de quantité et de vitesse de subsidence et de sédimentation montrent une grande zone subsidente dans la partie ouest du bassin autour de Kribi. Le facteur d’extension β pour le modèle d’extension uniforme correspond à des valeurs allant de 1,04 à 1,06. Graphiquement, les courbes de subsidence tectonique apparaissent encadrées par les courbes correspondant à β = 1,03 et β = 1,09. Les pentes des courbes linéaires de la subsidence tectonique par rapport à la racine carrée du temps, t, ont permis d’avoir des paléotempératures des sédiments ainsi que des gradients géothermiques en parfait accord avec les valeurs observées dans les puits. Par exemple, un gradient de température de 35,316 °C·km−1 a été calculé avec les températures maximales tandis que celui obtenu à partir des puits est de 35,554 °C·km−1. La comparaison des valeurs calculées de la réflectance de la vitrinite Ro avec les valeurs mesurées montre une bonne correspondance. Ces valeurs de la vitrinite indiquent que les roches-mères d’âge Crétacé et Tertiaire inférieur ont probablement atteint la maturité thermique.

L’application du concept de la déformation représentative est souvent utilisée pour déterminer la courbe d’écrouissage d’un matériau à partir d’un essai d’indentation. Une nouvelle méthodologie de détermination de la déformation représentative en indentation sphérique est présentée dans cet article. Cette méthodologie est basée sur celle définie par Hernot et al. (2013) (X. Hernot, C. Moussa, O. Bartier, Study of the concept of representative strain and constraint factor introduced by Vickers indentation, Mech. Mater. 68, 1–14 (2014), https://doi.org/10.1016/j.mechmat.2013.07.004 [29]) pour le cas de l’indentation Vickers et consiste à calculer les gradients de la grandeur mesurée en fonction des paramètres mécaniques de la loi de comportement du matériau testé. Pour montrer la validité de la méthode de détermination de la déformation représentative proposée, le calcul des gradients de la grandeur est effectué à partir du modèle analytique proposé par Lee et al. (2005) (H. Lee, J. Haeng Lee, G.M. Pharr, A numerical approach to spherical indentation techniques for material property evaluation, J. Mech. Phys. Solids 53(9), 2037–2069 (2005), https://doi.org/10.1016/j.jmps.2005.04.007 [31]). Parmi les différents modèles proposés dans la littérature, ce modèle a l’avantage d’être complet et propose des équations analytiques reliant la hauteur de contact réel, la profondeur de pénétration et l’effort appliqué par l’indenteur sphérique. Les résultats obtenus par cette méthodologie montrent que la déformation représentative n’évolue pas linéairement en fonction du rayon de contact adimensionnel a/R contrairement à ce que prédit le modèle de Tabor (1951) D. Tabor, The Hardness of Metals, Oxford University Press, Oxford, New York, 2000. [7]). Les valeurs de déformation représentatives déterminées par notre méthode se situent entre celles proposées par Tabor (1951), Ahn et Kwon (2001) (J.-H. Ahn, D. Kwon, Derivation of plastic stress–strain relationship from ball indentations: Examination of strain definition and pileup effect, J. Mater. Res. 16(11), 3170–3178 (2001), https://doi.org/10.1557/JMR.2001.0437 [8]) et Jeon et al. (2005) (E. Jeon, M. Baik, S. Kim, et al., Determining representative stress and representative strain in deriving indentation flow curves based on finite element analysis, Key Eng. Mater. 297-300, 2152–2157 (2005), https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.297-300.2152 [9]). Les résultats montrent aussi que la déformation représentative proposée par Chaudhri (1996) (M.M. Chaudhri, Subsurface plastic strain distribution around spherical indentations in metals, Philos. Mag. A 74(5), 1213–1224 (1996), https://doi.org/10.1080/01418619608239721 [27]) est largement surestimée et que celle calculée par Lee et al. (2005) est trop élevée pour des rayons de contact adimensionnels (a/R) supérieurs à 0,3. Les valeurs de déformations et contraintes représentatives obtenues par la méthode proposée permettent de conclure qu’il n’existe pas de facteur de confinement universel constant indépendant du rapport adimensionnel a/R et du matériau indenté. Pour terminer, dans le cas d’une application expérimentale de la méthode proposée, ces valeurs de déformation et contrainte représentatives permettent d’obtenir une courbe d’écrouissage très proche de celle obtenue classiquement par un essai de traction.

We present a general method to solve an optimal control problem for a free- boundary system associated with a continuous casting process. Firstly, we formulate the physical problem by using the enthalpy function of the system, which is a maximal monotone operator. By the introduction of the Yosida approximation, we obtain necessary optimality conditions. Then numerically, we use a gradient method. Finally some numerical results are presented for two cases of contraints.

Avec la croissance de la population urbaine mondiale, les rôles que pourraient jouer les agricultures urbaines dans les villes de demain posent question. L’Egypte, qui a connu une urbanisation très rapide au cours du siècle dernier, semble abriter une importante diversité d’exploitations urbaines et périurbaines. La mégalopole du Grand Caire, avec ses 20 millions d’habitants, ne fait pas exception et profite de la présence de fermes, dont une partie contribue à l’approvisionnement en lait de la ville. Relevant de l’économie informelle, la littérature est presque inexistante quant à leurs structures, fonctionnements, dynamiques et perspectives. Cet article décrit les principaux systèmes familiaux du secteur laitier informel du Caire, afin de mieux cerner leurs contraintes et leurs opportunités. Les données collectées au cours d’entretiens auprès de 73 éleveurs du Caire ont permis de réaliser une typologie de ces systèmes en se basant sur leurs caractéristiques structurelles, techniques, familiales et économiques. Deux grandes catégories ont été identifiées : les agroéleveurs intégrant agriculture et élevage, et les éleveurs hors-sol. Chacune de ces catégories a été divisée en deux types, à partir d’un gradient de la taille. Dans tous les cas, la satisfaction des besoins alimentaires familiaux a primé. Le lait de bufflonne était le lait le plus produit et la commercialisation des surplus de lait frais passait par des circuits courts. Bien que rendant des services à la ville, ces exploitations affrontaient de nombreuses contraintes (coûts élevés des intrants agricoles, pression foncière, faible disponibilité des terres agricoles, parmi d’autres) qui remettaient en question leur subsistance à moyen terme.

Many structural members in service experience fluctuating loads and temperatures. Thermal stresses devlop on a contrained element if the temperature is cycled. Constraint exists in structural components due to temperature gradient, material anisotropy, and geometry effects. The equilibrium and compatibility equations determine the degree of constraint on the critcal component of the body. A two-bar structure is employed in this study to simulate different constraint conditions encountered in practice. The constraint types are termed (a) total, (b) partial, (c) over, and (d) notch constraint. Thermo-mechanical fatigue test results indicate that the fatigue lives decrease severely with increasing constraint, increasing temperature range and with the presence of notch or a defect.

L’œdème pulmonaire d’immersion (OPI) est souvent décrit en plongée en scaphandre autonome mais peut aussi s’observer en nage de surface ou en apnée sousmarine. Cette pathologie, directement liée aux contraintes environnementales de l’immersion, est favorisée par un terrain cardiovasculaire. Elle peut également toucher des cœurs sains à travers un exercice physique associé à un effort ventilatoire important. L’OPI a pour origine une augmentation du gradient de pression transmurale au niveau des capillaires pulmonaires par une élévation de la pression capillaire (précharge et postcharge) et une diminution de la pression alvéolaire. Au travers d’un cas clinique, nous précisons les mécanismes physiopathologiques encore méconnus de ce déséquilibre pressionnel et nous décrivons les principes de prise en charge préhospitalière et hospitalière de l’OPI avec un rappel des diagnostics différentiels à évoquer devant une symptomatologie respiratoire au décours d’une plongée. Nous insistons sur une sensibilisation et un dépistage cardiologique d’un terrain à risque, en particulier d’une hypertension artérielle, chez tout plongeur de plus de 50 ans.

Résumé La région urbaine de l’Outaouais (Gatineau) a un revenu moyen plus élevé que le Québec urbain; cependant, ses indicateurs de santé sont moins favorables. Cette situation, contraire à ce que l’on retrouve le plus souvent au niveau de la santé des populations, est désignée par l’expression « paradoxe outaouais ». Nous avons pu analyser l’impact des choix méthodologiques sur l’évaluation de la relation entre le revenu et la santé, au niveau de la ville et au niveau du quintile de revenu. Selon que l’unité de référence est le Québec urbain ou la RMR Ottawa-Gatineau, le paradoxe se réalise ou disparaît. Selon la partition utilisée, le gradient de l’espérance de vie ainsi que l’écart entre Ottawa et Gatineau varient de manière appréciable. Nos résultats montrent que les choix méthodologiques jouent un rôle important et doivent par conséquent être faits avec soin.

Leafing, flowering and fruiting of the 24 most representative species of trees and shrubs in Sudanian savannas and fallows near Bondoukuy (Burkina Faso) were studied for 2 y (May 1992 to June 1994). The period of defoliation was generally brief, and leaf flushing, flowering and fruiting occurred mostly in the dry season. The phenological behaviour varied nonetheless across species and individuals. A classification taking into account synchrony/asynchrony and duration in foliation, flowering, fruit ripening and seed dispersal phases allowed comparison of species' phenological plasticity. Species were distributed along a scale of increasing plasticity, from trees to shrubs. Along this scale, species of the Leguminosae appeared to be separated from those of the Combretaceae, the latter being generally considered as characterising fallow farming systems. These results provide new evidence about the effect of phylogenetic constraints on the phenological behaviour of the woody species of the Sudanian savannas.RÉSUMÉ. La feuillaison, la floraison et la fructification des 24 espèces d'arbres et d'arbustes les plus représentatives des jachères et savanes soudaniennes de la région de Bondoukuy (Burkina Faso), ont été étudiées pendant 2 ans (mai 1992 à juin 1994). La défeuillaison est généralement brève et l'émergence des feuilles, la floraison et la fructification se produisent principalement pendant la saison sèche. Les comportements phénologiques varient cependant entre les individus et entre les espèces. Une classification prenant en compte le degré de synchronisme ainsi que la durée de la feuillaison, de la floraison, de la maturation des fruits et de la dispersion des graines a permis de comparer la plasticité phénologique des espèces. Celles-ci sont distribuées selon un gradient de plasticité croissante des arbres aux arbustes. Sur ce gradient les Légumineuses se dissocient des Combrétacées, espèces qui sont par ailleurs généralement considérées comme caractéristiques des jachères. Ces résultats sont une nouvelle illustration de l'effet des contraintes phylogénétiques sur le comportement phénologique des espèces ligneuses des savanes soudaniennes.

Cette étude traite de la prise en compte du gradient de contrainte et du frottement pour calculer l'amorçage de fissures en fatigue. On s'intéresse notamment au dimensionnement d'une manille en Inconel 718 munie de bagues en Inconel 718montées avec interférence. Pour cela, on réalise des essais de fretting et de fatigue pour étudier les conditions d'amorçage de fissures en présence de gradient de contrainte et de frottement. Les résultats expérimentaux mettent en évidence l'effet du gradient des contraintes sur l'amorçage de fissures et justifient la prise en compte du gradient pour le dimensionnement en fatigue des structures. A travers ces essais balayant une gamme de gradient de contrainte étendue, on confirme que la présence d'un gradient de contrainte retarde l'amorçage de fissures. Les avantages et les inconvénients de plusieurs approches de fatigue multiaxiale intégrant le gradient de contrainte sont étudiés. De cette analyse, une proposition est faite permettant de décrire au mieux les résultats expérimentaux de fatigue et de fretting. Cette approche s'appuie sur l'utilisation d'une fonction de poids dépendant du gradient de la pression hydrostatique. Cette approche est similaire à des approches mises en oeuvre sur d'autres problématiques de fatigue ce qui permet de dégager quelques points de convergence pour traiter le problème du gradient de contrainte en fatigue. Un essai de fatigue sur une manille munie d'une bague montée avec interférence est réalisé. L'effet du gradient de contrainte sur l'amorçage de fissures dans ce système est trop faible pour que l'utilisation d'une approche intégrant l'effet de gradient soit pertinente. Cette observation est cohérente avec les résultats expérimentaux précédents obtenus dans cette étude. L'inconel 718 apparaît donc comme un matériau peu sensible à l'effet de gradient de contrainte. Une approche de fatigue multiaxiale de type Crossland permet une description raisonnable de la durée de vie du système. Une analyse numérique montre que la tenue en fatigue du système est peu sensible au coefficient de frottement alors que l'interférence a un impact beaucoup plus important.

Les mécanismes de rupture par fatigue, établis par les modèles traditionnels de prévision de la durée de vie en fatigue, sont simplifiés, mais ne peuvent caractériser la rupture par fatigue en présence d'entaille d'une manière satisfaisante. En outre, dans la plupart des cas, ils sont limités à la prévision de la limite d'endurance. Nous proposons, basé sur une approche volumétrique permettant d'obtenir une meilleure prévision de durée de vie en fatigue, comparée aux autres méthodes. Selon ce modèle, la rupture par fatigue n'est pas tributaire d'un point, mais d'un volume physique, suffisant pour présenter le comportement en fatigue d'une pièce. Ce volume ou l'endommagement par fatigue a un caractère élasto-plastique, est appelé zone effective. Elle dépend à la fois de la géométrie, du matériau, du type de sollicitation et du niveau de chargement. Ce modèle tient compte de quelques facteurs importants en fatigue : comportement élasto-plastique du matériau, distribution de la contrainte au fond d'entaille, en particulier la relaxation et le gradient relatif de contrainte, zone d'élaboration du processus de la rupture par fatigue, introduite par la distance effective. En faisant intervenir le gradient relatif de contrainte dans le calcul du coefficient de concentration de contrainte en fatigue et de la contrainte effective, cette méthode donne de meilleurs résultats de prévision de la durée de vie, pour tous types de sollicitations. Pour les essais multiaxiaux, une extension de la méthode volumétrique, permet de prévoir la rupture par fatigue, quel que soit le type du chargement, utilisant deux courbes de référence. Dans ce contexte, la modification de l'état de contrainte sous sollicitation simple, due à l'effet d'entaille et de la surface libre, a été étudiée. Enfin, une méthode pratique de calcul de la durée de vie en flexion rotative a partir de la fatigue uniaxiale, est introduite.

La fatigue de contact fait référence au processus d’endommagement situé à l’extrémité du contact entre deux corps soumis à des chargements de fatigue. La prédiction de ce phénomène est d’une importance majeure dans la détermination de la durée de vie de certains systèmes tels que les disques de turbines. Au voisinage du front de contact, le champ de contraintes est maximal en surface et présente un fort gradient sous le contact. De plus, la différence d’échelle entre les essais effectués en laboratoire et les systèmes industriels a motivé l’étude de l’effet de taille sur les modèles de fatigue des systèmes soumis à des chargements de fatigue du contact.Afin de quantifier l’effet de gradient de contraintes et l’effet de taille, des essais ont été effectués sur une machine de fatigue munis de deux vérins verticaux à l’université de Brasilia. Les essais ont été menés de sorte que les gradients de contraintes, puis les volumes contraints, soient différents. Une étude post-mortem des surfaces de rupture a été effectuée à l’aide d’un microscope confocal. Durant cette thèse, il a été montré que, pour un alliage de Ti-6Al-4v, une approche non locale basée sur un champ de vitesse équivalent extrait à l’intérieur d’une zone prédéterminée autour de l’extrémité du contact amène des résultats encourageants pour la détermination de la durée de vie. L’influence de la force de fatigue sur la description des mécanismes d’initiation de fissures et leur propagation a également été déterminée et il est apparu que cette dernière ne pouvait pas être négligée lors de la définition de la frontière d’initiation des fissures. En effet, si, en fatigue du contact, environ 75% du mécanisme d’initiation des fissures est contrôlé par les contraintes de contact, i.e. les contraintes de cisaillement et de pression, la prise en compte de la contrainte normale permet d’obtenir des prédictions plus précises.L’étude de l’effet de taille a été divisée en deux phases. Premièrement, l’influence de la taille du volume sous contrainte a été analysée. Pour cela, l’épaisseur des éprouvettes a été réduite tandis que le gradient de contraintes sous le contact ainsi que l’aire de la surface endommagée étaient maintenus constants. Dans un second temps, l’impact de la zone endommagée sur la résistance à la fatigue a été isolé en maintenant les paramètres expérimentaux, i.e. σB,max/p0 et Q/fP, constants tandis que l’aire endommagée par le frottements était réduite. Les résultats expérimentaux ont été analysés à l’aide d’un critère de fatigue multiaxial, le Courbe de Wöhler Modifiée, conjointement avec l’application de la théorie de la distance critique. Il a été montré qu’aucun de ces deux paramètres n’influence significativement la durée de vie en fatigue, et ainsi le terme « effet de taille » généralement référencé dans la littérature comme un effet d’endommagement devrait seulement être adressé comme un effet de gradient<br>Fretting fatigue refers to the damage process localized at the frontier of the contact between two contacting bodies subjected to fatigue loadings. The prediction of this phenomenon is of major importance in determining, for instance, the lifetime of fan’s disk. In the vicinity of the contact front, the stress field inherited from the contact loads is maximal at the surface and displays a strong gradient under the contact. The difference of scale between the laboratory’s experiments and the industrials’ system motivated the study of the impact of the size effect for the determination of the lifetimes.To quantify the effect of the stress gradient and of the size effect, tests were carried out on a two vertical-actuators fretting-fatigue rig at the University of Brasilia, with experimental conditions ensuring different stress gradient and later different volume solicited under the contact. Damage mechanisms were studied using post-mortem analysis with a confocal microscope on some contact elements tested.It was shown on this thesis, for a Ti-6Al-4V alloy, that a nonlocal approach, based on equivalent velocity field on a determined area around the contact, leads to good expectation for the determination of fretting fatigue lives. The influence of the bulk stress for the description of the fretting fatigue crack initiation and propagation was also determined and it appears that it could not be neglected for the determination of the crack initiation boundary. As a matter of fact, if around 75% of the crack initiation mechanism in fretting fatigue is controlled by the contact stresses, i.e. shear and contact stresses, the consideration of the normal stress allows to obtain more realistic prediction. The study of the size effect was divided into two phases. First the influence of the volume stressed was investigated by reducing the width of the contact but maintaining the stress gradient under the contact and the damaged area within the slip zone constant. Then, the influence of the damaged area within the slip zone was isolated by maintaining the experimental parameters, i.e. σB,max/p0 and Q/fP, constant while the damaged area under the slip zone was reduced. The experimental results were analysed by applying a fatigue criterion, the Modified Wöhler Curve Method, in conjunction with the Theory of the Critical Distance. It was found that none of these two parameters influences significantly the fretting fatigue lifetimes, and so the term ‘size effect’ usually referenced in the literature as a damaging effect should refer only to the gradient effect

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 choix de conception de pièces et structures sont habituellement validés en fatigue à l'aide de critère de fatigue tels que les critères de Crossland, Dang Van ou encore Papadopoulos. Ces critères sont idéalement identifiés à partir de données expérimentales obtenues sur des éprouvettes simples. Cependant l'application de ces modèles ne conduit pas toujours à une prévision fiable du comportement en fatigue de la pièce étudiée. En effet le transfert vers une pièce réelle des caractéristiques de fatigue d'un matériau, à l'aide de critères, ne prend généralement pas directement en compte de nombreux effets, notamment les effets de concentrations de contraintes. De plus la réponse binaire d'un critère de fatigue ne reflète pas de façon adéquate l'importante dispersion observée expérimentale lors de tout essai de fatigue. Les travaux de thèses s'attachent à définir un critère de fatigue prenant en compte l'effet de gradient de contrainte et à l'intégrer dans une démarche probabiliste générale. Le critère développé est un critère non local qui moyenne un critère classique sur une zone d'influence définie par un critère mésoscopique inspiré de l'analyse de Papadopoulos. Les prédictions de durée de vie moyenne réalisées à l'aide de ce critère ont été comparées à des résultats issus de la littérature scientifique d'une part et d'une base de données sur un alliage d'aluminium réalisée au cours de la thèse d'autre part. Au cours de cette campagne, plusieurs configurations géométriques (éprouvettes trouées et plates) et plusieurs rapports de chargements ont été testés. Les bonnes corrélations obtenues dans tous les cas montrent la robustesse du critère vis-à-vis de la géométrie et du chargement. L'intégration de ce modèle dans une démarche probabiliste nécessite alors de traiter les deux points suivants. .<br>A fatigue criterion taking into account the stress gradient effect has been developed and integrated in a global probabilistic framework. The proposed criterion is a non local criterion averaging a classical criterion over a particular area. This area is defined by a mesoscopic criterion derived from Papadopoulos analysis. The predictions of the new criterion are compared to experimental results coming from a dedicated test campaign on an aluminium alloy. Results are found to be in good agreement with experiments for a wide variety of geometry and load, thus demonstrating the relative robustness of the fatigue model. The fatigue model is then integrated in a probabilistic framework, the results being again satisfactorily confronted to experimental results on the same alloy. In particular the statistical quality of the probabilized SN curves obtained from the whole model is similar to the experimental one

Ces travaux de thèse traitent de l’effet des gradients de porosité et de contrainte sur le comportement en fatigue à grand nombre de cycles (FGNC) de l’alliage d’aluminium AlSi9Cu3 coulé sous pression utilisé par l’industrie automobile. Ce matériau contient une population de défauts distribués de manière hétérogène avec un gradient de porosité entre la surface et le cœur des pièces. Une large gamme de taille et de nature de défaut (Pore gazeux, retassure, voiles d’oxydes…) est observée avec notamment des défauts formant des réseaux complexes tridimensionnelles de porosités.Afin d’étudier les effets des gradients de porosité et de contrainte, une méthodologie d’essai ayant recours à des éprouvettes de différentes épaisseurs, toutes obtenues par usinage à partir d’un même échantillon brut, est développée. Quatre géométries issues d’une même éprouvette brute sont testées en FGNC sous différents modes de sollicitations : flexion et traction avec un rapport de charge R=-1. L’analyse des faciès de rupture combinée à celle des courbes de Wöhler montre que le comportement en fatigue est contrôlé par l’interaction entre les gradients de porosité et de contrainte. La position de l’amorçage, interne ou en surface, la nature du défaut critique, ainsi que les niveaux de résistance sont entièrement déterminées par ces deux gradients.L’effet des défauts sur le comportement en fatigue est d’abord analysé sous l’angle d’une approche du type diagramme de Kitagawa-Takahashi et seuil du facteur d’intensité de contrainte (Kth). Cette analyse montre que la résistance en fatigue du matériau est pilotée par la taille des défauts au sens de Murakami (√aire). La large gamme de taille et de nature de défauts permet de caractériser le comportement du matériau en fissure courte et fissure longue. Peu d’effet de la position de l’amorçage, interne ou surface, est noté. Grâce à la comparaison des comportements en fatigue de l’alliage étudié avec d’autres alliages d’aluminium de fonderie coulés gravité, il apparaît que le niveau de résistance en fatigue et le comportement de propagation fissure courte – fissure longue est en partie contrôlé par les caractéristiques microstructurales des alliages telles que la taille de grain et l’espacement des bras de dendrites secondaires (SDAS) et par le comportement mécanique monotone et cyclique.La complexité de la distribution des défauts (définie par les paramètres taille, position, géométrie, type …) rend très difficile la caractérisation et la modélisation de la cinétique de propagation des fissures et de leurs interactions avec les défauts. Des essais de suivi de fissure in situ sur défauts naturels sont conduits en flexion à R=-1 à l’aide d’un dispositif adapté de corrélation d’image. L’analyse de la cinétique de fissuration et des faciès de rupture relatifs aux fissures observées révèle une forte interaction entre les fissures de fatigue et les défauts présents. Ces interactions provoquent de fortes accélérations de la fissure qui réduisent drastiquement la durée de vie en fatigue. Une modélisation de la propagation en FGNC est proposée grâce à une approche en moyenne qui fait appel à la loi de Paris. Les coefficients associés sont ajustés à partir des essais de suivi de fissure. La comparaison des courbes de Wöhler simulées à iso-taille de défauts initiaux et les courbes de Wöhler expérimentales montre que l’approche en propagation ne suffit pas à rendre compte de toutes les étapes conduisant à la ruine en fatigue. Il est clairement mis en avant la nécessité de la prise en compte d’une phase d’amorçage et la très grande complexité des mécanismes d’endommagement en fatigue dans les défauts de type réseaux de porosité.Mots clefs : Fatigue à grand nombre de cycle (FGNC), hétérogénéité microstructurale, gradient de porosité, gradient de contrainte, alliage d’aluminium, coulée sous pression, réseaux de porosités, durée de vie, interaction fissure – défaut<br>This research deals with the effect of porosity and stress gradients on the high-cycle fatigue behavior (HCF) of the high-pressure die-cast (HPDC) aluminum alloy AlSi9Cu3 used by the automotive industry. The components produced by HPDC are characterized by a high level of porosity compared to other casting processes. In addition, the porosity or defect distribution within a component is highly heterogeneous and the existence of a porosity gradient between the surface and the in-bulk material is notable. Defects of different nature and size are present, including defects formed by complex three-dimensional pore networks.To study the effects of the porosity and stress gradients on the HCF behavior, a test methodology based on reducing the thickness of as-cast specimens by machining was developed. Four geometries machined from the same as-cast specimens were tested in HCF under different loading modes: plane bending and tension-compression with a load ratio R=-1. The analysis of the fatigue failure surfaces, combined with fatigue results in the form of Wöhler curves shows that fatigue behavior is controlled by the interaction between the porosity gradient and the stress gradient. The position of the crack initiation site (surface or in-bulk), the nature of the critical defects, as well as the fatigue strength are entirely determined by these two gradients.The effect of defects on the fatigue behavior was analyzed using an approach based on the Kitagawa-Takahashi diagram and the stress intensity factor threshold (Kth). This analysis shows that the fatigue strength of the material is controlled by the size of the defects in terms of the Murakami parameter (√area). The wide range of defect size and the variety of defect types makes it possible to characterize the behavior of the material in both the short crack and long crack regimes. It is observed that the position of the crack initiation site (surface or in-bulk) has only a small effect on the fatigue behavior. Thanks to a comparison between the studied alloy and other gravity-cast aluminum alloys, it is shown that both the fatigue strength and the crack propagation behavior, is partly controlled by (a) the microstructural characteristics of alloys (grain size and secondary dendrite arm spacing (SDAS)) and by (b) the monotonic and cyclic mechanical behavior of the materials.The complexity of the defect distribution (type, size and spatial distribution) complicates the characterization and modeling of the kinetics of crack propagation and their interactions with defects. To investigate this, in-situ image correlation was used to monitor crack growth during fatigue tests, with the aim of observing the crack interaction with natural defects, in bending at R=-1. The analysis of the crack growth kinetics and the fatigue failure surfaces reveals a strong interaction between fatigue cracks and defects. These interactions cause rapid crack accelerations, which drastically reduce the fatigue life. A HCF crack propagation model is proposed using an averaging approach with the Paris law. The coefficients are adjusted using the crack monitoring tests. The comparison between the simulated Wöhler curves at initial iso-defect-size and the experimental Wöhler curves shows that the propagation approach is not sufficient to account for all the stages leading to fatigue failure. It is clearly highlighted that the initiation phase must be taken into account and that the fatigue damage mechanisms, associated with defects comprised of complex three-dimensional pore networks, are extremely complex.Keywords: High cycle fatigue (HCF), microstructural heterogeneity, porosity gradient, stress gradient, aluminum alloy, high-pressure die-casting, porosity networks, fatigue life, crack – defect interaction

Cette thèse fait partie d’un programme de recherche international (IRG Cognac). Lancé par le motoriste SNECMA (groupe SAFRAN), ce projet regroupe l’ENS Cachan, UnB, ENSMA, CNRS, Snecma, Turbomeca et Messier Bugatti Dowti, et se concentre sur l’effet du gradient des contraintes sur endommagement par fretting fatigue. Le fretting-fatigue se réfère au processus d’endommagement localisés en bord de fuite entre deux corps en contact soumis à un chargement de fatigue. La maitrise de ce phénomène est d’une importance cruciale dans la détermination des durées de vie des disques de turbine. En bord de contact, le champ de contrainte hérité des forces de contact est maximal à la surface mais présente un fort gradient en s’éloignant du contact.Il a été montré dans cette thèse que pour l’alliage Ti-6AL-4V, les approches locales, basés sur le niveau de contrainte au points critiques ne sont pas applicable dans ces conditions. Une approche non locale, s’appuyant sur la théorie de la distance critique a donc été utilisée. En effet, des fissures courtes initiées au point critique peuvent propager jusqu’à rupture ou peuvent s’arrêter si la diminution des contraintes est suffisamment sévère. Une seconde difficulté réside dans la nature multiaxial et localement non proportionnel du chargement. Le fretting fatigue est généralement créé par la superposition d’un chargement de fatigue cyclique, d’une force normale à la surface souvent considérée constante, et d’une force cyclique tangentiel à la surface mais dont la fréquence peut être différente de celle de la fatigue.Les résultats des essais réalisés ont mis en évidence l’effet du gradient des contraintes sur la fissuration et ont étaient utilisés pour évaluer le potentiel de diffèrent critères pour le dimensionnement en fatigue des structures. La simulation du phénomène a en effet été réalisé en utilisant différente approches. La première s’appuie sur la Théorie de la distance critique et utilise un critère multiaxial. La seconde utilise l’amplitude du facteur d’intensité des contraintes, ΔK, pour prédire l’arrêt des fissures courtes. Finalement un récent modèle construit comme un critère de plasticité en pointe de fissure a été appliqué au problème de fretting fatigue. Ce critère a pour particularité de prendre en compte la contrainte T dans le développement asymptotique en pointe de fissure<br>This thesis is part of an international research program (IRG Cognac) initiated by the engine manufacturer SNECMA (SAFRAN group) involving ENS Cachan, UnB, ENSMA, CNRS, Snecma, Turbomeca et Messier Bugatti Dowty. The thesis focuses on the effect of a stress gradient in fretting fatigue. Fretting-fatigue refers to the damage process localized at the frontier of the contact between two contacting bodies subjected to fatigue loadings. The prediction of this phenomenon is of major importance in determining, for instance, the lifetime of fan's disc. In the vicinity of the contact front, the stress field inherited from the contact loads is maximal at the surface and displays a strong gradient from the surface. It was shown in this thesis, for a Ti-6AL-4V alloy, that local approaches, based on local stresses at the most critical point, are not appropriate to predict fretting fatigue lives. As a matter of fact, short cracks initiated at the most critical point may stop if the stress decay from the surface is strong enough or may continue their growth, up to the failure of the component, if the stress gradient from the surface is not string enough. A second difficulty is the multiaxial and non-proportional nature of the loading conditions. Fatigue-fretting stems from the combination of loads that have neither the same spatial distribution nor the same time-dependency. In fretting-fatigue tests, three loading components are considered, the fatigue loading of the component (cyclic), the normal part (assumed to be constant) and the in-plane part (cyclic) of the loads between the two contacting components. To quantify the effect of the stress gradient, tests were carried out on a fatigue testing contact bench developed at the University of Brasilia, with experimental conditions ensuring different stress gradient while keeping the maximal stress the same. Damage mechanisms were studied using post-mortem analysis and optical microscopy on the contact elements tested. The prediction of the fretting fatigue life was done using different approaches. The first one is based on the Critical Distance Method and a fatigue criterion. The second is based on a K-based short crack arrest method. Finally, a new criterion was proposed. This method considers a generalized von Mises yield criterion for the crack tip region and accounts for the T-stresses in the asymptotic LEFM development

Ce travail porte sur l’étude du risque d’amorçage de fissure en fretting/fatigue du contact aubes/disque de soufflante en alliage de titane Ti-6Al-4V d’un turboréacteur civil. De part les vibrations du moteur et le passage du flux d’air, le contact aube/disque est sujet à de microdéplacements: le fretting. Ce problème complexe concerne des zones en contact de faibles dimensions subissant des pressions de contact importantes et des micro-déplacements associées à des structures soumises à des chargements eux-mêmes complexes. Des essais de fretting simple, fretting précontraint et fretting fatigue sont réalisés en vue d’identifier les conditions d’amorçage de fissure pour plusieurs géométries présentant des gradients de contraintes différents. Les résultats expérimentaux mettent en évidence l’effet du gradient de contrainte sur l’amorçage. Ainsi, via des essais présentant une gamme étendue de gradient, il a été confirmé que les gradients de contraintes retardent l’initiation de fissure. Une approche non-locale couplée à un critère de fatigue multiaxiale et identifiée sur une unique condition expérimentale de fretting simple a permis la prédiction de l’ensemble des résultats expérimentaux. Ainsi, une méthodologie prédictive des durées de vie à amorçage a été proposée. Cette approche numérique intègre la multiaxialité du chargement, l’effet du gradient des contraintes, la réponse élastoplastique de l’interface et les limites de fatigue en traction/compression et torsion alternée du matériau. L’interface aube/disque grenaillée du moteur subit une alternance de sollicitations de faibles amplitudes générant l’amorçage de fissure, et de grandes amplitudes favorisant l’usure des zones en contact. Le phénomène de compétition usure/fissure a alors été étudié via les courbes en cloches (durée de vie en fonction de l’amplitude de déplacement) ainsi que l’influence des contraintes résiduelles de grenaillage. Une première conclusion sur l’effet bénéfique de l’usure a pu être apportée dans le cas d’un matériau sans traitement de surface. Si les contraintes résiduelles de grenaillage permettent d’apporter un gain notable sur les durées de vie pour des sollicitations de glissement partiel, à l’inverse, il a été observé que le matériau avec le traitement de surface de grenaillage présente des durées de vie plus faibles pour des sollicitations favorisant l’usure. À travers d’essais inédits avec un dispositif expérimental à trois vérins, le chargement complexe de l’interface aube/disque du moteur a pu être reproduit à l’échelle du laboratoire. Ainsi, la durabilité globale du contact représentatif de l’interface aube/disque de soufflante a été étudiée. Une synergie des sollicitations oligocycliques et polycycliques à l’interface a été constatée provoquant des phénomènes de réorganisation de contraintes résiduelles et l’accélération des cinétiques d’usure. Cette étude a montré l’importance de prendre en compte les sollicitations polycycliques dans le dimensionnement des structures aubes/disque. Ces sollicitations couplent les aspects de fatigue « fissuration » aux phénomènes de cumul de dommage et de cinétique d’usure des interfaces<br>This work aims at studying the crack initiation risk of a blade/disk contact under fretting/fatigue loading. The fan stage of a civil engine is studied and the material used is a titanium alloy: Ti-6Al-4V. This complex issue concerns small contacts which are subjected to high contact pressures and micro-displacements. Thus, a complex multiaxial loading occurs on the structure. Fretting, static stressed fretting and fretting fatigue testing are performed in order to quantify the crack nucleation thresholds. In addition, several geometries which present different stress gradient values are used. The experimental results show a stress gradient effect on the crack initiation. Thus, using a wide range of stress gradient, it has been confirmed that stress gradient delays crack nucleation. A multiaxial fatigue criterion is used to determine the equivalent stress field under the contact. Then, a non-local approach, identified thanks to one fretting experimental condition, is employed in order to consider the stress gradient effect. This approach provides the prediction of the whole experimental results. In this way, a predictive method of the initiation fatigue life has been introduced. This numerical approach takes into account the multiaxial loading, the stress gradient effect, the plastic-elastic behavior of the interface and the fatigue strength limits of the material. The blade/disk contacts of the engine are shot-peened. During the flight, interfaces are subjected to low displacement amplitudes leading to crack initiation. On the other hand, during landing and take-off, contacts are submitted to high displacement amplitudes leading to the interface wear. As a consequence, competition between wear kinetic and nucleation one is studied and “bell curves” are plotted (i.e. fatigue life time versus displacement amplitude).Moreover, the effect of the shot-peening residual stresses on fatigue life time is observed. In case of un-treated material, a beneficial impact on the fatigue life time is observed due to wear process. Compressive residual stresses of shot-peening increase the fatigue life when fretting/fatigue on partial slip regime occurs. Nevertheless, a decrease of the fatigue life time is observed when wear process is activated by the gross slip condition. Finally, the complex loading of the engine blade/disk contact has been reproduced in the laboratory. To achieve this, a new testing, using an experimental machine composed of three hydraulic actuators is developed. Thus, the global life time of the representative interface of the fan stage is studied. Oligocyclic (low frequency) and polycyclic (high frequency) solicitations interact themselves and lead, firstly, to a rearrangement of the residual stresses, and secondly, to an increase of the wear kinetics. This research work highlights the interest to consider the polycyclic loadings to design the blade/disk structure. These solicitations reproduce the “cracking” fatigue phenomenon, the cumulative damages and the wear kinetics of the interface

La prise de décision est un domaine très étudié en sciences, que ce soit en neurosciences pour comprendre les processus sous tendant la prise de décision chez les animaux, qu’en robotique pour modéliser des processus de prise de décision efficaces et rapides dans des tâches en environnement réel. En neurosciences, ce problème est résolu online avec des modèles de prises de décision séquentiels basés sur l’apprentissage par renforcement. En robotique, l’objectif premier est l’efficacité, dans le but d’être déployés en environnement réel. Cependant en robotique ce que l’on peut appeler le budget et qui concerne les limitations inhérentes au matériel, comme les temps de calculs, les actions limitées disponibles au robot ou la durée de vie de la batterie du robot, ne sont souvent pas prises en compte à l’heure actuelle. Nous nous proposons dans ce travail de thèse d’introduire la notion de budget comme contrainte explicite dans les processus d’apprentissage robotique appliqués à une tâche de localisation en mettant en place un modèle basé sur des travaux développés en apprentissage statistique qui traitent les données sous contrainte de budget, en limitant l’apport en données ou en posant une contrainte de temps plus explicite. Dans le but d’envisager un fonctionnement online de ce type d’algorithmes d’apprentissage budgétisé, nous discutons aussi certaines inspirations possibles qui pourraient être prises du côté des neurosciences computationnelles. Dans ce cadre, l’alternance entre recherche d’information pour la localisation et la décision de se déplacer pour un robot peuvent être indirectement liés à la notion de compromis exploration-exploitation. Nous présentons notre contribution à la modélisation de ce compromis chez l’animal dans une tâche non stationnaire impliquant différents niveaux d’incertitude, et faisons le lien avec les méthodes de bandits manchot<br>Decision-making is a highly researched field in science, be it in neuroscience to understand the processes underlying animal decision-making, or in robotics to model efficient and rapid decision-making processes in real environments. In neuroscience, this problem is resolved online with sequential decision-making models based on reinforcement learning. In robotics, the primary objective is efficiency, in order to be deployed in real environments. However, in robotics what can be called the budget and which concerns the limitations inherent to the hardware, such as computation times, limited actions available to the robot or the lifetime of the robot battery, are often not taken into account at the present time. We propose in this thesis to introduce the notion of budget as an explicit constraint in the robotic learning processes applied to a localization task by implementing a model based on work developed in statistical learning that processes data under explicit constraints, limiting the input of data or imposing a more explicit time constraint. In order to discuss an online functioning of this type of budgeted learning algorithms, we also discuss some possible inspirations that could be taken on the side of computational neuroscience. In this context, the alternation between information retrieval for location and the decision to move for a robot may be indirectly linked to the notion of exploration-exploitation compromise. We present our contribution to the modeling of this compromise in animals in a non-stationary task involving different levels of uncertainty, and we make the link with the methods of multi-armed bandits

A travers ce chapitre, les auteurs présentent différentes méthodes permettant d’utiliser le signal provenant d’acquisitions IRM en écho de gradient pour extraire simultanément différentes métriques d’intérêt. Ces mesures qui ont pour dénominateur commun la capacité d’exprimer à l’échelle macroscopique un paramètre caractérisant un tissu à l’échelle microscopique, constituent la matière première des biomarqueurs en imagerie.

Les spectroscopies infrarouge et Raman décrites en détails dans les chapitres précédents permettent donc de caractériser finement les objets sondés. Si ces objets sont hétérogènes, cette caractérisation sera différente en fonction de l'endroit sondé. Plusieurs mesures ponctuelles permettront d'affiner la réponse, mais souvent, cette description restera incomplète. L'hétérogénéité peut être de différentes origines: échantillons constitués de différentes phases, différentes compositions moléculaires, gradients de concentration, variations locales de propriétés (contraintes mécaniques, indices optiques, température, etc.). Les spectroscopistes ont alors développé des techniques d’imagerie, qui trouveront naturellement leur intérêt dès lors que les hétérogénéités de compositions ou de propriétés ont des dimensions comparables aux résolutions spatiales de ces méthodes.